Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP5653320B2 - Waste heat regeneration system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP5653320B2 - Waste heat regeneration system - Google Patents

Waste heat regeneration system Download PDF

Info

Publication number
JP5653320B2
JP5653320B2 JP2011181269A JP2011181269A JP5653320B2 JP 5653320 B2 JP5653320 B2 JP 5653320B2 JP 2011181269 A JP2011181269 A JP 2011181269A JP 2011181269 A JP2011181269 A JP 2011181269A JP 5653320 B2 JP5653320 B2 JP 5653320B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
expander
pump
flow rate
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011181269A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013044253A (en
Inventor
和彦 川尻
和彦 川尻
和典 土野
和典 土野
佐藤 稔
稔 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2011181269A priority Critical patent/JP5653320B2/en
Publication of JP2013044253A publication Critical patent/JP2013044253A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5653320B2 publication Critical patent/JP5653320B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

この発明は、例えば、自動車などのエンジンを冷却する冷却水や排ガスからの排熱をランキンサイクルの利用により動力として回生する排熱回生システムに関するものである。   The present invention relates to an exhaust heat regeneration system that regenerates exhaust heat from cooling water or exhaust gas for cooling an engine of an automobile or the like as power by using a Rankine cycle.

従来の廃熱利用装置は、液相作動流体(液相冷媒)を圧送するポンプ、液体の冷媒を加熱して、気相作動流体(気相冷媒)とする発熱機器(蒸発器)、気相作動流体(気相冷媒)のエネルギーを機械的エネルギーに変換する膨張機、及び膨張機から流出される膨張後の気相冷媒を凝縮液化しポンプに送る凝縮器を備えるランキンサイクルと、回転電機とを備え、膨張機、ポンプ、及び電動機が、同軸に接続され、膨張機の吸入側と吐出側とが、バイパス流路によりバイパスされ、バイパス流路を開閉する開閉手段が設けられている(例えば、特許文献1参照)。   Conventional waste heat utilization devices include a pump that pumps a liquid phase working fluid (liquid phase refrigerant), a heat generating device (evaporator) that heats the liquid refrigerant to form a gas phase working fluid (gas phase refrigerant), a gas phase A Rankine cycle comprising an expander that converts the energy of the working fluid (gas-phase refrigerant) into mechanical energy, a condenser that condenses and liquefies the expanded gas-phase refrigerant flowing out of the expander and sends it to a pump; The expander, the pump, and the electric motor are connected coaxially, the suction side and the discharge side of the expander are bypassed by the bypass flow path, and opening / closing means for opening and closing the bypass flow path is provided (for example, , See Patent Document 1).

そして、従来の廃熱利用装置では、起動時に開閉手段を開状態とし、膨張機の吸入側に導かれた液相冷媒の大部分を、膨張機を通さずに、膨張機の吐出側に導くことで、ランキンサイクルの起動の安定化が図られていた。   In the conventional waste heat utilization device, the opening / closing means is opened at the time of startup, and most of the liquid-phase refrigerant guided to the suction side of the expander is guided to the discharge side of the expander without passing through the expander. As a result, the start-up of the Rankine cycle was stabilized.

特開2009−97387号公報JP 2009-97387 A

しかしながら、従来の廃熱利用装置は、開閉手段を開状態とすることで、気相冷媒の大部分を、膨張機を通さずに膨張機の吐出側に導いて、起動の安定化を図ることができるものの、運転中に膨張機に吸入される気相冷媒の流入量を調整できない。   However, in the conventional waste heat utilization device, by opening and closing the opening / closing means, most of the gas-phase refrigerant is guided to the discharge side of the expander without passing through the expander, thereby stabilizing the start-up. However, the inflow amount of the gas-phase refrigerant sucked into the expander during operation cannot be adjusted.

ここで、ポンプと膨張機が同軸に接続されるので、ポンプと膨張機は、同一の回転速度で回転されることになる。   Here, since the pump and the expander are connected coaxially, the pump and the expander are rotated at the same rotational speed.

従来の廃熱利用装置と同種の排熱回生システムにおいては、特定の回転速度でポンプと膨張機とが回転される場合を除き、ポンプから吐出される冷媒(液相)の量と、膨張機で適正処理できる冷媒(気相)の量は異なる。
従来の廃熱利用装置と同種のシステムでは、ポンプから吐出される冷媒の量が、膨張機で適正処理される冷媒の量より多いと、ポンプの吐出側での圧力が異常に高くなり、高圧の冷媒が流れる機器の破損につながる恐れがある。
In an exhaust heat regeneration system of the same type as a conventional waste heat utilization device, the amount of refrigerant (liquid phase) discharged from the pump, the expander, except when the pump and the expander are rotated at a specific rotation speed The amount of refrigerant (gas phase) that can be properly processed is different.
In a system of the same type as a conventional waste heat utilization device, if the amount of refrigerant discharged from the pump is larger than the amount of refrigerant properly processed by the expander, the pressure on the discharge side of the pump becomes abnormally high, There is a risk of damage to the equipment through which the refrigerant flows.

この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ポンプから吐出される冷媒の量が、膨張機で適正処理される冷媒の量より多い条件でポンプと膨張機が一体に駆動されている場合でも、膨張機で適正処理できる量に、膨張機へ流入される冷媒の量を調整できる排熱回生システムを得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the pump and the expander are integrally driven under the condition that the amount of refrigerant discharged from the pump is larger than the amount of refrigerant properly processed by the expander. Even if it is, it aims at obtaining the exhaust heat regeneration system which can adjust the quantity of the refrigerant | coolant which flows in into an expander in the quantity which can be appropriately processed with an expander.

この発明の排熱回生システムは、冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機と、膨張機からの上記冷媒を凝縮する凝縮器と、膨張機の駆動力が伝達されるように出力軸を介して連結され、凝縮器からの冷媒を圧送するポンプと、ポンプ4からの冷媒を加熱して膨張機へ送る蒸発器とを備える排熱回生システムであって、ポンプから蒸発器に至るまでの冷媒流路と膨張機から凝縮器を介してポンプに至る冷媒流路との間を接続する第1バイパス流路を構成し、第1バイパス流路を流れる冷媒の流量を調整可能な流量調整手段を有する第1バイパス手段と、ポンプから圧送される冷媒の圧力に関する情報を取得する第1圧力センサと、第1圧力センサの出力に基づいて、流量調整手段の駆動を制御する冷媒流量制御手段とを備えている。   An exhaust heat regeneration system according to the present invention includes an expander that expands the refrigerant to generate a driving force, a condenser that condenses the refrigerant from the expander, and an output shaft that transmits the driving force of the expander. A heat recovery system comprising a pump that pumps the refrigerant from the condenser and an evaporator that heats the refrigerant from the pump 4 and sends it to the expander, from the pump to the evaporator A flow rate adjusting means that configures a first bypass flow path that connects between the refrigerant flow path and the refrigerant flow path that extends from the expander to the pump via the condenser, and that can adjust the flow rate of the refrigerant flowing through the first bypass flow path. A first bypass means having a first pressure sensor for obtaining information on the pressure of the refrigerant pumped from the pump, and a refrigerant flow rate control means for controlling the driving of the flow rate adjusting means based on the output of the first pressure sensor. It has.

この発明に係る排熱回生システムによれば、ポンプから圧送される冷媒の量が、膨張機で適正処理される冷媒の量より多い条件でポンプと膨張機が一体に駆動されている場合でも、第1圧力センサの出力に基づいて、ポンプから圧送される冷媒のうち、適量の冷媒を膨張機から凝縮器を介してポンプに至る低圧側の冷媒流路に、第1バイパス流路を介して戻すことで、膨張機へ流入される冷媒の流量が、膨張機で適正処理できる流量となるので、冷媒の異常な圧力上昇による機器の破損を防止できる。   According to the exhaust heat regeneration system according to the present invention, even when the pump and the expander are integrally driven under the condition that the amount of refrigerant pumped from the pump is larger than the amount of refrigerant properly processed by the expander, Based on the output of the first pressure sensor, among the refrigerant pumped from the pump, an appropriate amount of refrigerant is passed from the expander to the pump through the condenser to the low-pressure side refrigerant flow path via the first bypass flow path. By returning, the flow rate of the refrigerant flowing into the expander becomes a flow rate that can be appropriately processed by the expander, and thus damage to the device due to an abnormal pressure increase of the refrigerant can be prevented.

この発明の実施の形態1に係る排熱回生システムの構成図である。It is a block diagram of the waste heat regeneration system which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る排熱回生システムを構成する膨張機とポンプのそれぞれについての冷媒の流量特性を示す図である。It is a figure which shows the flow volume characteristic of the refrigerant | coolant about each of the expander and pump which comprise the waste heat regeneration system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 参照用の排熱回生システムの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図であり、ポンプ及び膨張機が適合回転速度で回転される場合の様子を示している。It is a Mollier diagram of a Rankine cycle which is a thermodynamic cycle of a reference exhaust heat regeneration system, and shows a state where a pump and an expander are rotated at an adapted rotation speed. 参照例の排熱回生システムの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図であり、ポンプ及び膨張機が適合回転速度より遅い回転速度で回転される場合の様子を示している。It is a Mollier diagram of Rankine cycle which is a thermodynamic cycle of the exhaust heat regeneration system of a reference example, and shows a mode in case a pump and an expander are rotated at a rotational speed slower than a suitable rotational speed. 参照例の排熱回生システムの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図であり、ポンプ及び膨張機が適合回転速度より速い回転速度で回転される場合の様子を示している。It is a Mollier diagram of a Rankine cycle which is a thermodynamic cycle of the exhaust heat regeneration system of a reference example, and shows a mode in a case where a pump and an expander are rotated at a rotational speed faster than a compatible rotational speed. この発明の実施の形態1に係る排熱回生システムの動作を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining operation | movement of the exhaust heat regeneration system which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る排熱回生システムの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図であり、ポンプ4及び膨張機が適合回転速度より速く回転されている場合を示している。It is a Mollier diagram of Rankine cycle which is a thermodynamic cycle of the exhaust heat regeneration system concerning Embodiment 1 of this invention, and shows a case where pump 4 and an expander are rotating faster than a suitable rotation speed. この発明の実施の形態2に係る排熱回生システムの構成図である。It is a block diagram of the waste heat regeneration system which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3に係る排熱回生システムの構成図である。It is a block diagram of the waste heat regeneration system which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3に係る排熱回生システムの動作を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining operation | movement of the exhaust heat regeneration system which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3に係る排熱回生システムの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図であり、適合回転速度より速い速度で膨張機が回転される場合を示している。It is a Mollier diagram of Rankine cycle which is a thermodynamic cycle of the exhaust heat regeneration system concerning Embodiment 3 of this invention, and shows a case where an expander is rotated at a speed faster than an adapted rotation speed. この発明の実施の形態4に係る排熱回生システムの構成図である。It is a block diagram of the waste heat regeneration system which concerns on Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5に係る排熱回生システムの構成図である。It is a block diagram of the waste heat regeneration system which concerns on Embodiment 5 of this invention.

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る排熱回生システムの構成図である。なお、図1には、自動車の駆動力を発生するエンジンからの排熱を利用する排熱回生システムが示されている。
Embodiment 1 FIG.
1 is a configuration diagram of an exhaust heat regeneration system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows an exhaust heat regeneration system that uses exhaust heat from an engine that generates driving force of an automobile.

図1において、排熱回生システム1Aは、冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機2と、膨張機2からの冷媒を凝縮する凝縮器3と、凝縮器3からの冷媒を圧送するポンプ4と、ポンプ4からの冷媒を、外部から導入される熱により加熱して膨張機2へ送る蒸発器5とを備えている。ここでは、外部から導入される熱とは、エンジン8により加熱されたエンジン8の冷却水の熱である。
冷媒としては、R134aを用いているが、このものに限定されない。
In FIG. 1, an exhaust heat regeneration system 1 </ b> A includes an expander 2 that expands a refrigerant to generate a driving force, a condenser 3 that condenses the refrigerant from the expander 2, and a pump that pumps the refrigerant from the condenser 3. 4 and an evaporator 5 that heats the refrigerant from the pump 4 by heat introduced from the outside and sends the refrigerant to the expander 2. Here, the heat introduced from the outside is the heat of the cooling water of the engine 8 heated by the engine 8.
Although R134a is used as the refrigerant, it is not limited to this.

また、排熱回生システム1Aは、ポンプ4から蒸発器5に至るまでの冷媒流路と膨張機2から凝縮器3を介してポンプ4に至る冷媒流路との間を接続する第1バイパス流路を構成するとともに、第1バイパス流路を流れる冷媒の流量を調整可能な流量調整手段としての流量調整弁11を有する第1バイパス手段10Aと、ポンプ4から圧送される冷媒の圧力に関する情報を取得する第1圧力センサ13と、膨張機2に流入される冷媒の温度に関する情報を取得する高圧側温度センサとしての第1温度センサ14と、第1圧力センサ13の出力に基づいて流量調整弁11の開度を制御するとともに、第1温度センサ14の出力に基づいて、膨張機2の回転速度を制御する冷媒流量制御手段16とを備えている。   In addition, the exhaust heat regeneration system 1A includes a first bypass flow that connects a refrigerant flow path from the pump 4 to the evaporator 5 and a refrigerant flow path from the expander 2 to the pump 4 via the condenser 3. The information about the pressure of the refrigerant | coolant pumped from the 1st bypass means 10A which has the flow volume adjustment valve 11 as a flow volume adjustment means which comprises a path and can adjust the flow volume of the refrigerant | coolant which flows through a 1st bypass flow path, and the pump 4 is shown. A first pressure sensor 13 to be acquired, a first temperature sensor 14 as a high-pressure side temperature sensor to acquire information on the temperature of the refrigerant flowing into the expander 2, and a flow rate adjustment valve based on the output of the first pressure sensor 13 11 and a refrigerant flow rate control means 16 for controlling the rotational speed of the expander 2 based on the output of the first temperature sensor 14.

排熱回生システム1Aは、蒸発器5から膨張機2へ冷媒を導く第1配管21と、膨張機2から凝縮器3に冷媒を導く第2配管22と、凝縮器3からポンプ4へ冷媒を導く第3配管23と、ポンプ4から蒸発器5へ冷媒を導く第4配管24とを備えている。   The exhaust heat regeneration system 1A includes a first pipe 21 that guides the refrigerant from the evaporator 5 to the expander 2, a second pipe 22 that guides the refrigerant from the expander 2 to the condenser 3, and the refrigerant from the condenser 3 to the pump 4. A third pipe 23 for guiding and a fourth pipe 24 for guiding the refrigerant from the pump 4 to the evaporator 5 are provided.

エンジン8には、蒸発器5との間を循環する冷却水が流れる。
蒸発器5とエンジン8との間には、蒸発器5からエンジン8に冷却水を導く低温側配管9aと、エンジン8から蒸発器5へ冷却水を導く高温側配管9bとが接続されている。
そして、冷却水は、蒸発器5から低温側配管9aを介してエンジン8に導かれ、エンジン8の熱(排熱)を奪って加熱された後、高温側配管9bを介して蒸発器5の内部に流れ、再度低温側配管9aを流れるという循環経路を循環する。
Cooling water that circulates between the evaporator 5 flows through the engine 8.
Connected between the evaporator 5 and the engine 8 are a low temperature side pipe 9 a that guides cooling water from the evaporator 5 to the engine 8 and a high temperature side pipe 9 b that guides cooling water from the engine 8 to the evaporator 5. .
Then, the cooling water is led from the evaporator 5 to the engine 8 through the low temperature side pipe 9a, and is heated by taking the heat (waste heat) of the engine 8 and then heated through the high temperature side pipe 9b. It circulates in the circulation path | route which flows inside and flows through the low temperature side piping 9a again.

また、第1バイパス手段10Aは、流量調整弁11と、流量調整弁11を介して第4配管24内から第2配管22内に至る第1バイパス流路を形成するバイパス配管12Aを備えている。即ち、第1バイパス流路は、ポンプ4から蒸発器5に至る冷媒流路と膨張機2から凝縮器3に至る冷媒流路との間を接続している。
より具体的には、バイパス配管12Aは、第4配管24内から流量調整弁11に至る冷媒流路を形成する第5配管12aと、流量調整弁11から第2配管22内に至る冷媒流路を形成する第6配管12bとを備えている。
The first bypass means 10 </ b> A includes a flow rate adjustment valve 11 and a bypass pipe 12 </ b> A that forms a first bypass flow path from the fourth pipe 24 to the second pipe 22 via the flow rate adjustment valve 11. . That is, the first bypass flow path connects the refrigerant flow path from the pump 4 to the evaporator 5 and the refrigerant flow path from the expander 2 to the condenser 3.
More specifically, the bypass pipe 12 </ b> A includes a fifth pipe 12 a that forms a refrigerant flow path from the fourth pipe 24 to the flow control valve 11, and a refrigerant flow path from the flow control valve 11 to the second pipe 22. The 6th piping 12b which forms is provided.

そして、流量調整弁11の開度を調整することで、第1バイパス流路を流れる冷媒の流量を調整可能とさている。   And the flow volume of the refrigerant | coolant which flows through a 1st bypass flow path can be adjusted by adjusting the opening degree of the flow regulating valve 11.

膨張機2とポンプ4とは、膨張機2の駆動力がポンプ4に伝達されるように出力軸7を介して連結されている。また、膨張機2及びポンプ4は、筺体6に一体に取り付けられている。
膨張機2及びポンプ4の駆動に連動して軸周りに回転される出力軸7が、筺体6から延出されている。そして、ロータ(図示せず)を有する回転電機としての発電機30が、出力軸7の回転に連動してロータが回転されるように出力軸7に連結されている。
The expander 2 and the pump 4 are connected via an output shaft 7 so that the driving force of the expander 2 is transmitted to the pump 4. The expander 2 and the pump 4 are integrally attached to the housing 6.
An output shaft 7 that rotates around the shaft in conjunction with the drive of the expander 2 and the pump 4 extends from the housing 6. A generator 30 as a rotating electrical machine having a rotor (not shown) is connected to the output shaft 7 so that the rotor is rotated in conjunction with the rotation of the output shaft 7.

第1圧力センサ13は、例えば、抵抗ひずみケージ式圧力センサであり、第1温度センサ14は、例えば、サーミスタや熱電対である。
第1圧力センサ13は、ポンプ4から圧送される冷媒の圧力に関する情報を取得可能に第4配管24に設けられている。
第1温度センサ14は、膨張機2に流入される冷媒の温度に関する情報を取得可能に第1配管21に設けられている。
The first pressure sensor 13 is, for example, a resistance strain cage pressure sensor, and the first temperature sensor 14 is, for example, a thermistor or a thermocouple.
The 1st pressure sensor 13 is provided in the 4th piping 24 so that the information about the pressure of the refrigerant pumped from pump 4 can be acquired.
The 1st temperature sensor 14 is provided in the 1st piping 21 so that the information regarding the temperature of the refrigerant | coolant which flows in into the expander 2 can be acquired.

冷媒流量制御手段16は、例えば、図示しないCPU、RAM、及びROMなどを有するマイコンであり、第1圧力センサ13、及び第1温度センサ14の出力を読み取り可能に、第1圧力センサ13及び第1温度センサ14に接続される。
また、冷媒流量制御手段16は、流量調整弁11の駆動を制御可能に流量調整弁11に接続されている。そして、流量調整弁11は、冷媒流量制御手段16が出力する制御指令値に基づいて、弁の開度が設定されるように構成されている。
The refrigerant flow control means 16 is, for example, a microcomputer having a CPU, a RAM, a ROM, and the like (not shown), and can read the outputs of the first pressure sensor 13 and the first temperature sensor 14, 1 It is connected to the temperature sensor 14.
The refrigerant flow rate control means 16 is connected to the flow rate adjustment valve 11 so that the drive of the flow rate adjustment valve 11 can be controlled. The flow rate adjusting valve 11 is configured such that the opening degree of the valve is set based on a control command value output from the refrigerant flow rate control means 16.

また、冷媒流量制御手段16は、膨張機2の回転速度を制御可能に膨張機2に接続されている。具体的には、冷媒流量制御手段16は、図示しない発電機30のロータを回転させるのに必要なトルク(吸収トルク)を設定可能になっている。即ち、吸収トルクを大きくすると、出力軸7を回転させるのに必要なトルクが大きくなるので、冷媒の流通により回転される膨張機2の回転速度が遅くなる。また、反対に、吸収トルクを小さくすると、出力軸7を回転させるのに必要なトルクが小さくなるので、膨張機2の回転速度が速くなる。   Moreover, the refrigerant | coolant flow control means 16 is connected to the expander 2 so that the rotational speed of the expander 2 is controllable. Specifically, the refrigerant flow control means 16 can set a torque (absorption torque) necessary for rotating a rotor of the generator 30 (not shown). That is, when the absorption torque is increased, the torque required to rotate the output shaft 7 is increased, so that the rotation speed of the expander 2 rotated by the circulation of the refrigerant is decreased. On the other hand, if the absorption torque is reduced, the torque required to rotate the output shaft 7 is reduced, so that the rotational speed of the expander 2 is increased.

次いで、排熱回生システム1Aを構成する膨張機2とポンプ4の冷媒流量特性について説明する。
なお、膨張機2の冷媒流量特性とは、膨張機2の回転速度に対して、膨張機2で適正処理可能な最大の冷媒流量であり、ポンプ4の冷媒流量特性とは、ポンプ4の回転速度に対して、ポンプ4から圧送される冷媒流量である。
Next, refrigerant flow rate characteristics of the expander 2 and the pump 4 constituting the exhaust heat regeneration system 1A will be described.
The refrigerant flow rate characteristic of the expander 2 is the maximum refrigerant flow rate that can be appropriately processed by the expander 2 with respect to the rotation speed of the expander 2, and the refrigerant flow rate characteristic of the pump 4 is the rotation of the pump 4. This is the flow rate of refrigerant pumped from the pump 4 with respect to speed.

図2はこの発明の実施の形態1に係る排熱回生システムを構成する膨張機とポンプのそれぞれについての冷媒の流量特性を示す図である。
ここでは、ポンプ4から蒸発器5を介して膨張機2に至る高圧側の冷媒の圧力と、膨張機2から凝縮器3を介してポンプ4の至る低圧側の冷媒の圧力は、一定の条件となっている。高圧側の冷媒の圧力は、2.6MPaであり、低圧側の冷媒の圧力は、0.8MPaであり、高圧側と低圧側の差圧が1.8MPaとなっている。
FIG. 2 is a diagram showing refrigerant flow rate characteristics for each of the expander and the pump constituting the exhaust heat regeneration system according to Embodiment 1 of the present invention.
Here, the pressure of the high-pressure side refrigerant from the pump 4 through the evaporator 5 to the expander 2 and the pressure of the low-pressure side refrigerant from the expander 2 through the condenser 3 to the pump 4 are constant conditions. It has become. The pressure of the refrigerant on the high pressure side is 2.6 MPa, the pressure of the refrigerant on the low pressure side is 0.8 MPa, and the differential pressure between the high pressure side and the low pressure side is 1.8 MPa.

図2において、横軸には、一体に回転されるポンプ4と膨張機2の回転速度(rpm)を示し、縦軸には、冷媒流量を質量流量(kg/min)として示している。
そして、ポンプ4及び膨張機2のそれぞれの回転速度が、700〜3000(rpm)の範囲にある場合のポンプ4及び膨張機2の冷媒流量特性について測定した。
In FIG. 2, the horizontal axis indicates the rotational speed (rpm) of the pump 4 and the expander 2 that are rotated together, and the vertical axis indicates the refrigerant flow rate as mass flow rate (kg / min).
And it measured about the refrigerant | coolant flow rate characteristic of the pump 4 and the expander 2 when each rotational speed of the pump 4 and the expander 2 exists in the range of 700-3000 (rpm).

まず、膨張機2における冷媒の流量特性について説明する。
図2に示されるように、膨張機2で適正処理可能な冷媒流量は、膨張機2の回転速度におおよそ比例している。
但し、膨張機2の入口における冷媒の流動抵抗に起因し、ポンプ4の回転速度が単位速度だけ速くなったときの冷媒流量の増加量が、回転速度が速くなる領域ほど、漸次減少している。
回転速度が約700(rpm)のときに膨張機2で適正処理可能な冷媒流量は、1.8(kg/min)程度であり、回転速度が3000(rpm)のとに膨張機2で適正処理可能な冷媒流量は、5.6(kg/min)程度になっている。
First, the flow rate characteristic of the refrigerant in the expander 2 will be described.
As shown in FIG. 2, the refrigerant flow rate that can be properly processed by the expander 2 is approximately proportional to the rotational speed of the expander 2.
However, due to the flow resistance of the refrigerant at the inlet of the expander 2, the amount of increase in the refrigerant flow rate when the rotational speed of the pump 4 increases by the unit speed gradually decreases as the rotational speed increases. .
The refrigerant flow rate that can be properly processed by the expander 2 when the rotation speed is about 700 (rpm) is about 1.8 (kg / min), and is appropriate for the expander 2 when the rotation speed is 3000 (rpm). The refrigerant flow rate that can be processed is about 5.6 (kg / min).

次いで、ポンプ4の冷媒流量特性について説明する。
ポンプ4から圧送される冷媒流量は、ポンプ4の回転速度におおよそ比例している。
但し、回転速度が上がると、ポンプ4内において、高圧の吐出側から低圧の入口側への冷媒漏れが相対的に減少するのに起因して、ポンプ4の回転速度が単位速度だけ速くなったときの冷媒流量の増加量が、回転速度が速くなる領域ほど、漸次増大している。
Next, the refrigerant flow rate characteristic of the pump 4 will be described.
The flow rate of the refrigerant pumped from the pump 4 is approximately proportional to the rotational speed of the pump 4.
However, when the rotational speed is increased, the rotational speed of the pump 4 is increased by the unit speed due to the relative decrease in refrigerant leakage from the high pressure discharge side to the low pressure inlet side in the pump 4. The amount of increase in the refrigerant flow rate gradually increases as the rotational speed increases.

回転速度が700(rpm)のときの冷媒流量が、0.8(kg/min)程度であり、回転速度が3000(rpm)のときの冷媒流量が、9.0(kg/min)程度になっている。   The refrigerant flow rate when the rotation speed is 700 (rpm) is about 0.8 (kg / min), and the refrigerant flow rate when the rotation speed is 3000 (rpm) is about 9.0 (kg / min). It has become.

そして、ポンプ4及び膨張機2のそれぞれの回転速度が、おおよそ2000(rpm)程度のときに、ポンプ4から圧送される冷媒流量と、膨張機2で適正処理可能な最大の冷媒流量とが一致されている。
そして、回転速度が2000(rpm)から離れるほど、ポンプ4から圧送される冷媒流量と膨張機2で適正処理可能な最大の冷媒流量の差が増大される。
And when each rotational speed of the pump 4 and the expander 2 is about 2000 (rpm), the refrigerant | coolant flow volume pumped from the pump 4 and the largest refrigerant | coolant flow volume which can be appropriately processed with the expander 2 correspond. Has been.
The difference between the flow rate of the refrigerant pumped from the pump 4 and the maximum refrigerant flow rate that can be appropriately processed by the expander 2 increases as the rotational speed increases from 2000 (rpm).

排熱回生システム1Aにおいて、ランキンサイクルの高圧と低圧が一定の条件下では、ポンプ4から圧送される冷媒流量と、膨張機2で適正処理可能な最大の冷媒流量とが一致させることを実現できる特定の回転速度、ここでは、2000(rpm)でのみ、運転が可能となる。
以下、ポンプ4から圧送される冷媒流量と、膨張機2で適正処理可能な最大の冷媒流量とが一致するポンプ4と膨張機2の回転速度を適合回転速度とする。
In the exhaust heat regeneration system 1A, under the condition where the high and low pressures of the Rankine cycle are constant, it is possible to make the refrigerant flow rate fed from the pump 4 coincide with the maximum refrigerant flow rate that can be properly processed by the expander 2. Operation is possible only at a specific rotational speed, here 2000 (rpm).
Hereinafter, the rotational speed of the pump 4 and the expander 2 in which the flow rate of the refrigerant pumped from the pump 4 and the maximum refrigerant flow rate that can be properly processed by the expander 2 coincide with each other will be referred to as the appropriate rotational speed.

排熱回生システム1Aにおいて、流量調整弁11の制御機能がないもの、言い換えれば、第1バイパス流路を流れる冷媒の流量の調整機能がないものを参照用の排熱回生システムとする。   In the exhaust heat regeneration system 1 </ b> A, a reference heat exhaust regeneration system is one that does not have the control function of the flow rate adjustment valve 11, in other words, one that does not have the function of adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the first bypass passage.

以下、参照用の排熱回生システムの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図を図3に示す。
図3は参照用の排熱回生システムの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図であり、ポンプ及び膨張機が適合回転速度で回転される場合の様子を示している。
A Mollier diagram of the Rankine cycle, which is the thermodynamic cycle of the reference exhaust heat regeneration system, is shown in FIG.
FIG. 3 is a Mollier diagram of the Rankine cycle, which is a thermodynamic cycle of the reference exhaust heat regeneration system, and shows a state where the pump and the expander are rotated at an appropriate rotation speed.

図3において、ランキンサイクル中、a点はポンプ4の入口における冷媒の状態、b点はポンプ4の出口における冷媒の状態、c点は蒸発器5の出口における冷媒の状態、d点は膨張機2の出口における冷媒の状態である。   In FIG. 3, during the Rankine cycle, point a is the state of the refrigerant at the inlet of the pump 4, point b is the state of the refrigerant at the outlet of the pump 4, point c is the state of the refrigerant at the outlet of the evaporator 5, and point d is the expander. It is the state of the refrigerant | coolant in 2 exits.

冷媒は、a点に表される液体状態で、ポンプ4に流入して昇圧されてb点に表される状態となってポンプ4から吐出され、第4配管24を介して蒸発器5に送られて、蒸発器5内を通過する。蒸発器5には、外部からエンジン8により通常90〜100℃に加熱された冷却水が流通している。冷却水は、蒸発器5で、冷媒と熱交換を行うことで冷却される。
逆に、冷媒は、冷却水の熱を吸収して加熱され、圧力を一定に保ったまま、蒸発器5の出口で、c点に表される100℃に近い高温で高圧の蒸気となる。
The refrigerant flows into the pump 4 in the liquid state represented by the point a, is pressurized, and is discharged from the pump 4 into a state represented by the point b, and is sent to the evaporator 5 through the fourth pipe 24. And passes through the evaporator 5. Cooling water heated to 90-100 ° C. by the engine 8 is circulated from the outside to the evaporator 5. The cooling water is cooled by exchanging heat with the refrigerant in the evaporator 5.
Conversely, the refrigerant is heated by absorbing the heat of the cooling water, and becomes a high-pressure vapor at a high temperature close to 100 ° C. represented by point c at the outlet of the evaporator 5 while keeping the pressure constant.

高温高圧となった冷媒は、第1配管21を通って膨張機2に導かれ、膨張機2を通過する際に膨張して、d点で表されるように、圧力が低下されるとともに、温度が40℃程度に低下した蒸気となって、膨張機2から吐出される。この際、膨張機2が膨張する過程で、出力軸7を回転させる動力が発生する。この動力は、ポンプ4の駆動力として利用されたり、自動車の駆動用として取り出したり、出力軸7に連動して回転されるロータを有する発電機30によって電気エネルギーとして変換することで、自動車の照明等の電力源として利用したりできる。   The high-temperature and high-pressure refrigerant is led to the expander 2 through the first pipe 21, expands when passing through the expander 2, and the pressure is reduced as represented by point d. The steam is reduced in temperature to about 40 ° C. and discharged from the expander 2. At this time, power for rotating the output shaft 7 is generated in the process of expansion of the expander 2. This power is used as a driving force of the pump 4, taken out for driving a car, or converted into electric energy by a generator 30 having a rotor that rotates in conjunction with the output shaft 7, thereby lighting the car. It can be used as a power source.

そして、冷媒は、膨張機2から、第2配管22を通って凝縮器3に導入されて、圧力を一定に保ったまま冷却され、a点で示されるように、30℃よりやや低い低温の液体となり、凝縮器3から第3配管23を介してポンプ4に送られ、再度、ポンプ4により昇圧されて吐出される。なお、凝縮器3は、自動車の走行時の走行風や図示しないファン等により冷媒を冷却する機能を有している。
冷媒は、ポンプ4、蒸発器5、膨張機2、及び凝縮器3を通過する流路を循環することで、以上のランキンサイクルの通りに、その状態が変遷する。
Then, the refrigerant is introduced from the expander 2 into the condenser 3 through the second pipe 22 and cooled while keeping the pressure constant. As indicated by point a, the refrigerant has a low temperature slightly lower than 30 ° C. It becomes a liquid, is sent from the condenser 3 to the pump 4 through the third pipe 23, is pressurized again by the pump 4, and is discharged. Note that the condenser 3 has a function of cooling the refrigerant by running wind when the automobile is running, a fan (not shown), or the like.
As the refrigerant circulates through the flow path passing through the pump 4, the evaporator 5, the expander 2, and the condenser 3, the state of the refrigerant changes as described above in the Rankine cycle.

次いで、参照例の排熱回生システムにおいて、ポンプ4及び膨張機2が適合回転速度より遅い回転速度で、回転される場合の動作について説明する。
図4は参照例の排熱回生システムの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図であり、ポンプ及び膨張機が適合回転速度より遅い回転速度で回転される場合の様子を示している。
ランキンサイクル中、a1点はポンプ4の入口における冷媒の状態、b1点はポンプ4の出口での冷媒の状態、c1点は蒸発器5の出口における冷媒の状態、d1点は膨張機2の出口における冷媒の状態である。
また、図4では、ポンプ4及び膨張機2が適合回転速度で回転される場合のモリエル線図を点線にて併記している。
Next, the operation when the pump 4 and the expander 2 are rotated at a rotation speed slower than the compatible rotation speed in the exhaust heat regeneration system of the reference example will be described.
FIG. 4 is a Mollier diagram of the Rankine cycle, which is a thermodynamic cycle of the exhaust heat regeneration system of the reference example, and shows a state where the pump and the expander are rotated at a rotational speed slower than the compatible rotational speed.
During the Rankine cycle, point a1 is the state of the refrigerant at the inlet of the pump 4, point b1 is the state of the refrigerant at the outlet of the pump 4, point c1 is the state of the refrigerant at the outlet of the evaporator 5, and point d1 is the outlet of the expander 2 Is the state of the refrigerant.
Moreover, in FIG. 4, the Mollier diagram in case the pump 4 and the expander 2 are rotated with a suitable rotational speed is written together with the dotted line.

冷媒の循環経路は、ポンプ4及び膨張機2が適合回転速度で回転されている場合と同じである。
冷媒は、a1点に表される状態でポンプ4に流入して昇圧され、b1点に表される状態となってポンプ4から吐出される。この際、ポンプ4から圧送される冷媒流量が、膨張機2で適正処理できる冷媒流量より少なくなっているので、ポンプ4の出口での冷媒の圧力は、b1点に表されるように、膨張機2が適合回転速度で回転される場合に比べて低下した状態となる。その後、蒸発器5を通過する冷媒は、エンジン8の冷却水により、圧力を一定に保ったまま加熱されて、蒸発器5の出口、言い換えれば膨張機2の入口では、c1点に表されるように、100℃に近い高温で高圧の蒸気とされている。
The circulation path of the refrigerant is the same as the case where the pump 4 and the expander 2 are rotated at an appropriate rotation speed.
The refrigerant flows into the pump 4 in a state represented by point a1 and is pressurized, and is discharged from the pump 4 in a state represented by point b1. At this time, since the flow rate of the refrigerant pumped from the pump 4 is smaller than the flow rate of the refrigerant that can be properly processed by the expander 2, the pressure of the refrigerant at the outlet of the pump 4 is expanded as shown by the point b1. It will be in the state which fell compared with the case where the machine 2 rotates with a suitable rotational speed. Thereafter, the refrigerant passing through the evaporator 5 is heated by the cooling water of the engine 8 while keeping the pressure constant, and is expressed at a point c1 at the outlet of the evaporator 5, in other words, at the inlet of the expander 2. Thus, it is considered to be high-pressure steam at a high temperature close to 100 ° C.

その後、第1配管21を通って膨張機2に導かれ、膨張機2を通過する際に膨張して、d1点に表されるように、圧力が低下するとともに、温度が50℃程度に低下した蒸気となって、膨張機2から吐出される。さらに、冷媒は、膨張機2から、第2配管22を通って凝縮器3に導入されて冷却され、a1点で示される状態に戻り、再度、ポンプ4により昇圧されて吐出される。
冷媒は、以上のランキンサイクルの通りに、その状態が繰り返し変遷する。
After that, it is guided to the expander 2 through the first pipe 21 and expands when passing through the expander 2, and the pressure decreases and the temperature decreases to about 50 ° C. as represented by the point d 1. Steam is discharged from the expander 2. Further, the refrigerant is introduced from the expander 2 through the second pipe 22 into the condenser 3 and cooled, returns to the state indicated by the point a1, and is again pressurized and discharged by the pump 4.
The state of the refrigerant changes repeatedly as described above in the Rankine cycle.

次いで、参照例の排熱回生システムにおいて、ポンプ4及び膨張機2が適合回転速度より速い回転速度で回転される場合の動作について説明する。
図5は参照例の排熱回生システムの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図であり、ポンプ及び膨張機が適合回転速度より速い回転速度で回転される場合の様子を示している。
Next, the operation when the pump 4 and the expander 2 are rotated at a rotational speed faster than the compatible rotational speed in the exhaust heat regeneration system of the reference example will be described.
FIG. 5 is a Mollier diagram of the Rankine cycle, which is a thermodynamic cycle of the exhaust heat regeneration system of the reference example, and shows a state where the pump and the expander are rotated at a rotational speed faster than the compatible rotational speed.

ランキンサイクル中、b2点はポンプ4の出口における冷媒の状態、c2点は蒸発器5の出口における冷媒の状態、d2点は膨張機2の出口における冷媒の状態である。
また、図5では、ポンプ4及び膨張機2が適合回転速度で回転される場合のモリエル線図を点線にて併記している。
During the Rankine cycle, point b2 is the state of the refrigerant at the outlet of the pump 4, point c2 is the state of the refrigerant at the outlet of the evaporator 5, and point d2 is the state of the refrigerant at the outlet of the expander 2.
Moreover, in FIG. 5, the Mollier diagram in case the pump 4 and the expander 2 are rotated with a suitable rotational speed is written together with the dotted line.

冷媒の循環経路は、ポンプ4及び膨張機2が適合回転速度で回転されている場合と同じである。
冷媒は、a点に表される状態でポンプ4に流入して昇圧され、b2点に表される状態となってポンプ4から吐出される。この際、ポンプ4から圧送される冷媒流量が、膨張機2で適正処理できる冷媒流量より多くなっているので、ポンプ4の出口での冷媒の圧力は、b2点に表されるように、膨張機2が適合回転速度で回転される場合に比べて増大した状態となる。
The circulation path of the refrigerant is the same as the case where the pump 4 and the expander 2 are rotated at an appropriate rotation speed.
The refrigerant flows into the pump 4 in a state represented by the point a and is pressurized, and is discharged from the pump 4 in a state represented by the point b2. At this time, since the flow rate of the refrigerant pumped from the pump 4 is larger than the refrigerant flow rate that can be properly processed by the expander 2, the pressure of the refrigerant at the outlet of the pump 4 is expanded as shown by point b2. The machine 2 is in an increased state as compared with the case where the machine 2 is rotated at an adapted rotational speed.

その後、蒸発器5を通過する冷媒は、エンジン8の冷却水により、圧力を一定に保ったまま加熱されて、蒸発器5の出口、言い換えれば膨張機2の入口では、c2点で表されるように、おおよそ100℃に近い高温で高圧の蒸気とされている。   Thereafter, the refrigerant passing through the evaporator 5 is heated by the cooling water of the engine 8 while keeping the pressure constant, and is represented by c2 at the outlet of the evaporator 5, in other words, at the inlet of the expander 2. Thus, it is considered as high-pressure steam at a high temperature close to about 100 ° C.

その後、第1配管21を通って膨張機2に導かれ、膨張機2を通過する際に膨張して、d2点に表されるように、圧力が低下されるとともに、温度が30℃程度に低下した蒸気となって、膨張機2から吐出される。さらに、冷媒は、膨張機2から、第2配管22を通って凝縮器3に導入され、圧力を一定に保ったまま冷却されることで、a点で示される状態に戻り、再度、ポンプ4により昇圧されて吐出される。   After that, it is guided to the expander 2 through the first pipe 21 and expands when passing through the expander 2, and the pressure is reduced and the temperature is about 30 ° C. as represented by the point d 2. The steam is lowered and discharged from the expander 2. Further, the refrigerant is introduced from the expander 2 into the condenser 3 through the second pipe 22 and cooled while keeping the pressure constant, whereby the refrigerant returns to the state indicated by point a. The pressure is increased and discharged.

以上のように、ポンプ4及び膨張機2が適合回転速度より速い回転速度で参照例の排熱回生システムが動作される場合、高圧側の冷媒の圧力が高くなるので、高圧の冷媒が流れる機器が破損する恐れもある。   As described above, when the exhaust heat regeneration system of the reference example is operated at a rotational speed that is higher than the compatible rotational speed of the pump 4 and the expander 2, the pressure of the high-pressure side refrigerant increases, so that the high-pressure refrigerant flows through the device. May be damaged.

そこで、排熱回生システム1Aでは、ポンプ4から吐出された冷媒の一部を、流量調整弁11を駆動して、第1バイパス手段10Aが構成する第1バイパス流路を介して凝縮器3に戻し、蒸発器5へは膨張機2で適正処理できる量の冷媒を流すように構成されている。   Therefore, in the exhaust heat regeneration system 1A, a part of the refrigerant discharged from the pump 4 is driven to the condenser 3 via the first bypass flow path configured by the first bypass means 10A by driving the flow rate adjusting valve 11. The refrigerant is returned to the evaporator 5 in an amount that can be properly processed by the expander 2.

以下、排熱回生システム1Aの動作の詳細について説明する。
図6はこの発明の実施の形態1に係る排熱回生システムの動作を説明するフロー図である。
初期状態では、流量調整弁11の開度は、例えば、半分開かれているものとする。
なお、説明の便宜上、図6ではステップ101〜ステップ112をS101〜S112と記載する。
Hereinafter, the details of the operation of the exhaust heat regeneration system 1A will be described.
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the exhaust heat regeneration system according to Embodiment 1 of the present invention.
In the initial state, the opening degree of the flow regulating valve 11 is assumed to be half open, for example.
For convenience of explanation, Step 101 to Step 112 are described as S101 to S112 in FIG.

ステップ101で、冷媒流量制御手段16は、第1圧力センサ13と第1温度センサ14の出力から、ポンプ4から圧送される高圧側の冷媒の圧力Pと、膨張機2に入力される冷媒の温度THEを取得する。 In step 101, the refrigerant a refrigerant flow control means 16, which is input from the output of the first pressure sensor 13 and the first temperature sensor 14, and the pressure P H of the high-pressure side refrigerant is pumped from the pump 4, the expander 2 The temperature T HE is obtained.

ここで、上限圧力敷居値PH(MAX)と上限温度敷居値THE(MAX)を以下のように設定する。
上限圧力敷居値PH(MAX)は、排熱回生システム1Aを構成する各構成機器のうち、とりわけランキンサイクルの高圧側に配置される機器の耐圧や使用する冷媒などを考慮して予め設定される許容最大圧力よりやや小さな値に設定した値である。
また、上限温度敷居値THE(MAX)は、使用する冷媒や膨張機2等に使用される潤滑油の使用上限温度、及び高圧側に配置される機器の耐圧などを考慮して、予め設定される許容最大温度よりやや小さな値に設定した値である。
Here, the upper limit pressure threshold value PH (MAX) and the upper limit temperature threshold value THE (MAX) are set as follows.
The upper limit pressure threshold value PH (MAX) is set in advance in consideration of the pressure resistance of the devices arranged on the high-pressure side of the Rankine cycle, the refrigerant to be used, among the components constituting the exhaust heat regeneration system 1A. The value is set to a value slightly smaller than the allowable maximum pressure.
Further, the upper limit temperature threshold value T HE (MAX) is set in advance in consideration of the upper limit temperature of the lubricant used for the refrigerant to be used, the expander 2 and the like, the pressure resistance of the equipment arranged on the high pressure side, and the like. The value is set to a value slightly smaller than the allowable maximum temperature.

ステップ102で、冷媒流量制御手段16は、圧力Pが、上限圧力敷居値PH(MAX)より大きいか否かを判断する。 In step 102, the refrigerant flow control means 16, the pressure P H is, determines the upper limit pressure threshold P H (MAX) is greater than.

ステップ102で、冷媒流量制御手段16は、圧力Pが、上限圧力敷居値PH(MAX)より大きいと判断すると、流量調整弁11の開度が、所定量大きくなるように流量調整弁11の開度を制御して、第1バイパス流路を通ってポンプ4の出口側から凝縮器3の入口側に戻る冷媒流量を所定量大きくし(ステップ103)、ステップ101に戻る。 In step 102, the refrigerant flow control means 16, the pressure P H is, if it is determined that the upper limit pressure threshold P H (MAX) is larger than the opening of the flow control valve 11, a predetermined amount larger as the flow rate control valve 11 , The refrigerant flow rate returning from the outlet side of the pump 4 to the inlet side of the condenser 3 through the first bypass channel is increased by a predetermined amount (step 103), and the process returns to step 101.

ステップ102で、冷媒流量制御手段16は、圧力Pが、上限圧力敷居値PH(MAX)より大きくないと判断すると、圧力Pが、上限圧力敷居値PH(MAX)から判断基準圧力値Pを引いた値より小さいか否かを判断する(ステップ104)。
判断基準圧力値Pは、使用する冷媒の種類などによって予め設定され、上限圧力敷居値PH(MAX)から判断基準圧力値Pを引いた値は、高圧側の冷媒の圧力として好ましい範囲の下限を下回らないように適宜設定される。本実施例では、例えば、0.1〜0.5(MPa)に設定される。
In step 102, the refrigerant flow control means 16, the pressure P H is, when not greater than the upper limit pressure threshold P H (MAX), the pressure P H is determined reference pressure from the upper limit pressure threshold P H (MAX) It is determined whether or not the value is smaller than the value obtained by subtracting the value PN (step 104).
Determination reference pressure value P N is previously set depending on the type of refrigerant used, the value obtained by subtracting the determined reference pressure value P N from the upper limit pressure threshold P H (MAX) are preferred as the pressure of the high-pressure side refrigerant range It is set as appropriate so as not to fall below the lower limit. In this embodiment, for example, it is set to 0.1 to 0.5 (MPa).

ステップ104で、冷媒流量制御手段16は、P<(PH(MAX)−P)であると判断すると、流量調整弁11の開度が最小か否かを判断する(ステップ105)。
ステップ105で、流量調整弁11の開度が最小であると判断すると、ステップ107に進む。
ステップ105で、流量調整弁11の開度が最小でないと判断すると、流量調整弁11の開度が、所定量小さくなるように流量調整弁11の開度を制御して、第1バイパス流路を通ってポンプ4の出口側から凝縮器3の入口側に戻る冷媒流量を所定量小さくし(ステップ106)、ステップ101に戻る。
If the refrigerant flow rate control means 16 determines in step 104 that P H <(P H (MAX) −P N ), it determines whether or not the opening degree of the flow rate adjusting valve 11 is minimum (step 105).
If it is determined in step 105 that the opening degree of the flow control valve 11 is the minimum, the process proceeds to step 107.
If it is determined in step 105 that the opening degree of the flow rate adjustment valve 11 is not the minimum, the opening degree of the flow rate adjustment valve 11 is controlled so that the opening degree of the flow rate adjustment valve 11 is reduced by a predetermined amount, and the first bypass flow path. The refrigerant flow rate passing through the outlet side of the pump 4 from the outlet side of the pump 4 to the inlet side of the condenser 3 is reduced by a predetermined amount (step 106), and the process returns to step 101.

ステップ107で、冷媒流量制御手段16は、温度THEが、上限温度敷居値THE(MAX)より大きいか否かを判断する。
ステップ107で、冷媒流量制御手段16は、温度THEが、上限温度敷居値THE(MAX)より大きいと判断すると、膨張機2の回転速度を所定速さだけ速め(ステップ108)、ステップ101に戻る。
In step 107, the refrigerant flow rate control means 16 determines whether or not the temperature T HE is greater than the upper limit temperature threshold value T HE (MAX) .
If the refrigerant flow rate control means 16 determines in step 107 that the temperature T HE is greater than the upper limit temperature threshold value T HE (MAX) , the rotational speed of the expander 2 is increased by a predetermined speed (step 108). Return to 101.

ステップ107で、冷媒流量制御手段16は、温度THEが、上限温度敷居値THE(MAX)より大きくないと判断すると、温度THEが、(上限温度敷居値THE(MAX)−判断基準温度値T)より小さいか否かを判断する(ステップ109)。
判断基準温度値Tは、使用する冷媒の種類などによって予め設定され、上限温度敷居値THE(MAX)から判断基準温度値Tを引いた値は、膨張機2に入力される冷媒の温度として、好ましい範囲の下限を下回らないように、適宜設定される。本実施例では、判断基準温度値Tは、例えば、10℃〜50℃の間で設定される。
If the refrigerant flow rate control means 16 determines in step 107 that the temperature T HE is not higher than the upper limit temperature threshold value T HE (MAX) , the temperature T HE becomes (upper limit temperature threshold value T HE (MAX)-criteria). It is determined whether or not the temperature is smaller than (T N ) (step 109).
The determination reference temperature value TN is set in advance depending on the type of refrigerant to be used, and the value obtained by subtracting the determination reference temperature value TN from the upper limit temperature threshold value T HE (MAX) is the refrigerant input to the expander 2. The temperature is appropriately set so as not to fall below the lower limit of the preferred range. In the present embodiment, the determination reference temperature value TN is set between 10 ° C. and 50 ° C., for example.

ステップ109で、冷媒流量制御手段16は、THE<THE(MAX)−Tであると判断すると、膨張機2の回転速度を所定速さだけ遅くし(ステップ110)、ステップ101に戻る。
なお、この実施の形態1では、冷媒として、R134aを用いているが、この場合、上限温度敷居値THE(MAX)は、190℃程度に設定される。ステップ109,110の制御を行うことで、温度THEが上限温度敷居値THE(MAX)を超えることはない。また、冷媒が、エンジンにより温められた冷却水との熱交換により加熱されるものとしたが、例えば、冷媒が、200℃を超えるような熱源としてのエンジンの排気ガスとの熱交換により加熱されるような場合でも、ステップ109,110の制御が行われるため、温度THEが上限温度敷居値THE(MAX)を超えることはない。
In step 109, the refrigerant flow control unit 16 determines that a T HE <T HE (MAX) -T N, slows the rotational speed of the expander 2 by a predetermined speed (step 110), the step 101 Return.
In the first embodiment, R134a is used as the refrigerant. In this case, the upper limit temperature threshold value T HE (MAX) is set to about 190 ° C. By performing the control of steps 109 and 110, the temperature T HE does not exceed the upper limit temperature threshold value T HE (MAX) . In addition, the refrigerant is heated by heat exchange with cooling water warmed by the engine. For example, the refrigerant is heated by heat exchange with the exhaust gas of the engine as a heat source exceeding 200 ° C. Even in such a case, since the control in steps 109 and 110 is performed, the temperature T HE does not exceed the upper limit temperature threshold value T HE (MAX) .

ステップ109で、冷媒流量制御手段16は、THE<THE(MAX)−Tでないと判断すると、ポンプ4及び膨張機2等の運転停止指令が出力されたか否か、即ち、冷媒を循環させる駆動系統(ポンプ4、膨張機2、凝縮器3など)の運転停止指令が出力されたか否かを判断する(ステップ111)。
例えば、ポンプ4及び膨張機2の回転は、エンジン8が停止されたときなどを条件に、排熱回生システム1Aの運転停止指令が出力される。
In step 109, the refrigerant flow control means 16, T HE <T HE (MAX ) -T N not equal it is determined whether the operation stop command, such as a pump 4 and the expander 2 is output, i.e., circulating refrigerant It is determined whether or not an operation stop command for the drive system to be operated (pump 4, expander 2, condenser 3, etc.) has been output (step 111).
For example, rotation of the pump 4 and the expander 2 outputs an operation stop command for the exhaust heat regeneration system 1A on the condition that the engine 8 is stopped.

ステップ111で、冷媒流量制御手段16は、運転停止指令が出力されていないと判断すると、ステップ101に戻り、運転停止指令が出力されたと判断すると、言い換えれば、駆動系統が停止したと判断すると、膨張機2の回転速度、及び流量調整弁11の開度の制御を終了する。   In step 111, if the refrigerant flow rate control unit 16 determines that the operation stop command is not output, the refrigerant flow control unit 16 returns to step 101, determines that the operation stop command is output, in other words, determines that the drive system is stopped. The control of the rotation speed of the expander 2 and the opening degree of the flow rate adjustment valve 11 is finished.

以上のように動作する排熱回生システム1Aでは、ポンプ4及び膨張機2が適合回転速度より所定以上速い速度で回転される場合に、言い換えれば、ポンプ4から圧送される冷媒流量が、膨張機2で適正処理される冷媒流量より大きく、ランキンサイクルの高圧側の冷媒の圧力が、許容される上限の圧力に近づいて上限圧力敷居値PH(MAX)を超えた場合に、以下のような制御が行われる。 In the exhaust heat regeneration system 1A that operates as described above, when the pump 4 and the expander 2 are rotated at a speed that is faster than the appropriate rotational speed by a predetermined speed, in other words, the refrigerant flow rate that is pumped from the pump 4 is When the refrigerant flow rate is larger than the refrigerant flow rate that is appropriately processed in 2 and the pressure of the refrigerant on the high-pressure side of the Rankine cycle approaches the allowable upper limit pressure and exceeds the upper limit pressure threshold value PH (MAX) , the following Control is performed.

即ち、冷媒流量制御手段16が、ランキンサイクルの高圧側に設けられた圧力センサ13の出力に基づいて、ポンプ4から圧送される冷媒のうち、蒸発器5を介して膨張機2に入力される冷媒の流量が、適正処理可能な流量に近づくように、流量調整弁11の開度を制御することで、第1バイパス流路を通ってポンプ4の出口側から凝縮器3の入口側に戻る冷媒流量を調整する。   That is, the refrigerant flow control means 16 is input to the expander 2 via the evaporator 5 among the refrigerant pumped from the pump 4 based on the output of the pressure sensor 13 provided on the high pressure side of the Rankine cycle. By controlling the opening degree of the flow rate adjusting valve 11 so that the flow rate of the refrigerant approaches a flow rate that can be appropriately processed, the refrigerant returns from the outlet side of the pump 4 to the inlet side of the condenser 3 through the first bypass flow path. Adjust the refrigerant flow rate.

また、冷媒流量制御手段16は、膨張機2に入力される冷媒の温度THEが上限温度敷居値THE(MAX)より高くなると、膨張機2の回転速度を速め、冷媒の温度THEが(上限温度敷居値THE(MAX)−判断基準温度値T)より低くなると、膨張機2の回転速度を遅くする制御をするので、膨張機2に流入する冷媒の温度が、許容上限温度を上回ることが防止される。 Further, when the refrigerant temperature T HE input to the expander 2 becomes higher than the upper limit temperature threshold value T HE (MAX) , the refrigerant flow rate control means 16 increases the rotational speed of the expander 2 so that the refrigerant temperature T HE is increased. When it becomes lower than (upper limit temperature threshold value T HE (MAX) −judgment reference temperature value T N ), the rotation speed of the expander 2 is controlled so that the temperature of the refrigerant flowing into the expander 2 is the allowable upper limit temperature. Is prevented.

次いで、以上のように動作する排熱回生システム1Aの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図について説明する。
図7はこの発明の実施の形態1に係る排熱回生システムの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図であり、ポンプ及び膨張機が適合回転速度より速く回転されている場合を示している。
ランキンサイクル中、a3点はポンプ4の入口における冷媒の状態、b3点はポンプ4の出口における冷媒の状態、c3点は蒸発器5の出口における冷媒の状態、d3点は膨張機2の出口における冷媒の状態である。
また、図7では、ポンプ4及び膨張機2が適合回転速度より速く回転され、かつ冷媒の流量を調整しない参照例の排熱回生システムのモリエル線図を点線にて併記している。
Next, the Mollier diagram of the Rankine cycle, which is the thermodynamic cycle of the exhaust heat regeneration system 1A that operates as described above, will be described.
FIG. 7 is a Mollier diagram of the Rankine cycle, which is a thermodynamic cycle of the exhaust heat regeneration system according to Embodiment 1 of the present invention, and shows a case where the pump and the expander are rotated faster than the compatible rotational speed. .
During the Rankine cycle, point a3 is the refrigerant state at the inlet of the pump 4, point b3 is the refrigerant state at the outlet of the pump 4, point c3 is the refrigerant state at the outlet of the evaporator 5, and point d3 is at the outlet of the expander 2. The state of the refrigerant.
In FIG. 7, the Mollier diagram of the exhaust heat regeneration system of the reference example in which the pump 4 and the expander 2 are rotated faster than the compatible rotational speed and the flow rate of the refrigerant is not adjusted is also shown by dotted lines.

排熱回生システム1Aの冷媒の循環経路は、参照用の排熱回生システムについて説明したものと同じである。
冷媒は、a3点に表される液体状態で、ポンプ4に流入して昇圧されてb3点に表される状態となってポンプ4から吐出され、第4配管24を介して蒸発器5に送られて、蒸発器5内を通過する。この際、冷媒は、エンジン8の冷却水により通常90〜100℃に加熱されたエンジン8の冷却水を冷却する一方で、冷却水の熱を吸収して加熱され、蒸発器5の出口で、c3点で表される100℃に近い高温高圧の蒸気となる。
The refrigerant circulation path of the exhaust heat regeneration system 1A is the same as that described for the reference exhaust heat regeneration system.
The refrigerant flows into the pump 4 in a liquid state represented by the point a3, is pressurized, and is discharged from the pump 4 into a state represented by the point b3, and is sent to the evaporator 5 through the fourth pipe 24. And passes through the evaporator 5. At this time, the refrigerant cools the cooling water of the engine 8 that is normally heated to 90 to 100 ° C. by the cooling water of the engine 8, while it is heated by absorbing the heat of the cooling water, and at the outlet of the evaporator 5, It becomes high-temperature and high-pressure steam close to 100 ° C. represented by c3 point.

ここで、排熱回生システム1Aでは、ポンプ4から吐出する冷媒の流量が、膨張機2で適正処理できる冷媒の流量より多い条件でポンプ4と膨張機2が一体に駆動されている場合でも、ポンプ4から吐出する冷媒の一部を、第1バイパス流路を介して凝縮器3に戻すことで、膨張機2に流入される冷媒の流量が、膨張機2で適正処理出来る流量となる。このため、ランキンサイクルにおいて、冷媒の状態が、b3点からc3点に移る際の冷媒の圧力が、図7に示されるように、冷媒の流量制御をしない参照例の排熱回生システムに比べて抑えられる。   Here, in the exhaust heat regeneration system 1A, even when the pump 4 and the expander 2 are integrally driven under the condition that the flow rate of the refrigerant discharged from the pump 4 is larger than the flow rate of the refrigerant that can be properly processed by the expander 2, By returning a part of the refrigerant discharged from the pump 4 to the condenser 3 via the first bypass flow path, the flow rate of the refrigerant flowing into the expander 2 becomes a flow rate that can be appropriately processed by the expander 2. For this reason, in the Rankine cycle, the refrigerant pressure when the state of the refrigerant moves from the point b3 to the point c3, as shown in FIG. 7, is compared with the exhaust heat regeneration system of the reference example in which the flow rate of the refrigerant is not controlled. It can be suppressed.

高温高圧となった冷媒は、第1配管21を通って膨張機2に導かれ、膨張機2を通過する際に膨張して、d3点で表されるように、圧力が低下されるとともに、温度が40℃程度に低下した蒸気となって、膨張機2から吐出される。参照用の排熱回生システムと同様、この動力は、ポンプ4の駆動力として利用されたり、自動車の駆動用として取り出したり、出力軸7に連動して回転されるロータを有する発電機30によって電気エネルギーとして変換することで、自動車の照明等の電力源として利用したりできる。
このため、排熱回生システム1Aを用いることで、自動車の燃費が向上する等、排熱回生システム1Aを含む系のエネルギー効率が向上する。
The high-temperature and high-pressure refrigerant is guided to the expander 2 through the first pipe 21, expands when passing through the expander 2, and the pressure is reduced as represented by point d3. The steam is reduced in temperature to about 40 ° C. and discharged from the expander 2. Similar to the exhaust heat regenerative system for reference, this power is used as a driving force for the pump 4, taken out for driving a car, or is generated by a generator 30 having a rotor rotated in conjunction with the output shaft 7. By converting it as energy, it can be used as a power source for automobile lighting or the like.
For this reason, by using the exhaust heat regeneration system 1A, the energy efficiency of the system including the exhaust heat regeneration system 1A is improved, for example, the fuel efficiency of the automobile is improved.

さらに、冷媒は、膨張機2から、第2配管22を通って凝縮器3に導入され、圧力を一定に保ったまま冷却されのち、ポンプ4の入口側に送られ、a3点で示されるように、低温の液体にされた状態に戻る。そして、冷媒は、再度、ポンプ4により昇圧されて吐出される。   Further, the refrigerant is introduced from the expander 2 into the condenser 3 through the second pipe 22 and is cooled while keeping the pressure constant, and then sent to the inlet side of the pump 4, as indicated by point a3. Then, the liquid is returned to a low temperature liquid state. Then, the refrigerant is again pressurized by the pump 4 and discharged.

この実施の形態1の排熱回生システム1Aは、ポンプ4から蒸発器5に至るまでの冷媒流路と膨張機2から凝縮器3に至る冷媒流路との間を接続する第1バイパス流路を構成し、第1バイパス流路を流れる冷媒の流量を調整可能な流量調整弁11を有する第1バイパス手段10Aと、ポンプ4から圧送される冷媒の圧力に関する情報を取得する第1圧力センサ13と、第1圧力センサ13の出力に基づいて、流量調整弁11の駆動を制御する冷媒流量制御手段16とを備えている。   The exhaust heat regeneration system 1A according to the first embodiment includes a first bypass flow path that connects a refrigerant flow path from the pump 4 to the evaporator 5 and a refrigerant flow path from the expander 2 to the condenser 3. And a first bypass sensor 10A having a flow rate adjusting valve 11 capable of adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the first bypass flow path, and a first pressure sensor 13 for acquiring information on the pressure of the refrigerant pumped from the pump 4. And a refrigerant flow rate control means 16 for controlling the drive of the flow rate adjustment valve 11 based on the output of the first pressure sensor 13.

このような構成にすることで、ポンプ4及び膨張機2が適合回転速度より速い回転速度で回転されていた場合でも、言い換えれば、ポンプ4から吐出される冷媒の量が、膨張機2で適正処理される冷媒の量より多い条件でポンプ4と膨張機2が一体に駆動されている場合でも、第1圧力センサ13の出力が、膨張機2で適正処理できる冷媒の流量に対応する冷媒の圧力に変更されるように、流量調整弁11を制御して、冷媒の一部を、高圧側の冷媒流路から低圧側の冷媒流路に戻すことで以下の効果が得られる。
即ち、高圧側の冷媒の圧力が異常に高くなることが抑制されて、膨張機2で処理できる流量で、冷媒が膨張機2に流入されるので、高圧側の冷媒が流れる機器の破損を防止できる。さらに、エンジン等の排熱を、電気エネルギーに変換する発電機の駆動源として利用する排熱回生システム1Aを安定して稼働できる。
By adopting such a configuration, even when the pump 4 and the expander 2 are rotated at a rotational speed faster than the compatible rotational speed, in other words, the amount of refrigerant discharged from the pump 4 is appropriate for the expander 2. Even when the pump 4 and the expander 2 are driven integrally under a condition where the amount of refrigerant to be processed is larger, the output of the first pressure sensor 13 corresponds to the flow rate of the refrigerant that can be properly processed by the expander 2. The following effects can be obtained by controlling the flow rate adjusting valve 11 so that the pressure is changed and returning a part of the refrigerant from the high-pressure side refrigerant flow path to the low-pressure side refrigerant flow path.
That is, the pressure of the high-pressure side refrigerant is suppressed from becoming abnormally high, and the refrigerant flows into the expander 2 at a flow rate that can be processed by the expander 2, thereby preventing damage to the equipment through which the high-pressure side refrigerant flows. it can. Furthermore, it is possible to stably operate the exhaust heat regeneration system 1A that uses exhaust heat from an engine or the like as a drive source for a generator that converts electrical heat into electrical energy.

また、冷媒流量制御手段16は、膨張機2に流入される冷媒の温度に関する情報を取得する第1温度センサ14の情報に基づいて、膨張機2の回転速度を制御している。
これにより、膨張機2に異常に高温となる冷媒が流入されることを避けることができ、一層、排熱回生システム1Aを安定して稼働させることができる。
The refrigerant flow rate control means 16 controls the rotation speed of the expander 2 based on information from the first temperature sensor 14 that acquires information related to the temperature of the refrigerant flowing into the expander 2.
Thereby, it can avoid that the refrigerant | coolant which becomes abnormally high temperature flows into the expander 2, and can operate | use the waste heat regeneration system 1A more stably.

また、従来の廃熱利用装置では、膨張機で処理しきれず、膨張機から吐出される高温の冷媒が、蒸発器や凝縮器に導入されるように構成されているが、このような場合、凝縮器での放熱量も大きくなり、凝縮器や蒸発器を大型にする必要性が生じ、排熱回生システム自体が大型化してしまう。
一方、排熱回生システム1Aでは、膨張機2への冷媒流量を調整する第1バイパス流路は、ポンプ4から蒸発器5に至る冷媒流路から凝縮器3に戻されるように構成されている。このため、凝縮器3での放熱量が抑えられ、凝縮器3や蒸発器5を大型にする必要性がなくなり、排熱回生システム1Aを小型化できる。
また、膨張機2の出力側での温度上昇が防止できるので、膨張機2の出力の予期せぬ低下も防止され、効率を低下させることなく安定して膨張機2を稼働できる。
Moreover, in the conventional waste heat utilization apparatus, the high-temperature refrigerant discharged from the expander cannot be processed by the expander is configured to be introduced into the evaporator or the condenser. The amount of heat dissipated in the condenser also increases, necessitating the need to increase the size of the condenser and the evaporator, and the exhaust heat regeneration system itself increases in size.
On the other hand, in the exhaust heat regeneration system 1 </ b> A, the first bypass flow path for adjusting the refrigerant flow rate to the expander 2 is configured to be returned to the condenser 3 from the refrigerant flow path from the pump 4 to the evaporator 5. . For this reason, the amount of heat radiation in the condenser 3 is suppressed, the necessity of increasing the size of the condenser 3 and the evaporator 5 is eliminated, and the exhaust heat regeneration system 1A can be reduced in size.
Moreover, since the temperature rise at the output side of the expander 2 can be prevented, an unexpected decrease in the output of the expander 2 can be prevented, and the expander 2 can be operated stably without reducing the efficiency.

なお、この実施の形態1では、第1圧力センサ13は、ポンプ4から圧送される冷媒の圧力を取得可能に、第4配管24に設けられるものとして説明した。しかし、例えば、第1圧力センサ13は、第1配管21側に設けてもよい。ポンプ4から蒸発器5を介して膨張機2に至るまでの冷媒流路を流れる高圧の冷媒の圧力は、ポンプ4から圧送される冷媒の圧力と見なすことができ、第1圧力センサ13を第1配管21側に設けても、ポンプ4から圧送される高圧の冷媒の圧力に関する情報を取得可能である。   In the first embodiment, the first pressure sensor 13 has been described as being provided in the fourth pipe 24 so that the pressure of the refrigerant pumped from the pump 4 can be acquired. However, for example, the first pressure sensor 13 may be provided on the first pipe 21 side. The pressure of the high-pressure refrigerant flowing in the refrigerant flow path from the pump 4 to the expander 2 via the evaporator 5 can be regarded as the pressure of the refrigerant pumped from the pump 4, and the first pressure sensor 13 is Even if it is provided on the one pipe 21 side, information on the pressure of the high-pressure refrigerant pumped from the pump 4 can be acquired.

また、第1温度センサ14は、蒸発器5を通過した後に膨張機2に流入される冷媒の温度を取得可能に、第1配管21に設けられるものとして説明した。しかし、第1温度センサ14は、例えば、筺体6などに設けるものでもよい。筺体6の温度と、膨張機2に流入される冷媒の温度とは、相関関係にあるので、筺体6に設けた第1温度センサ14から、膨張機2に流入される冷媒の温度を推測可能である。
このように、第1温度センサ14も、膨張機2に流入される冷媒の温度に関する情報を取得可能なものであれば、設置場所は限定されない。
Moreover, the 1st temperature sensor 14 demonstrated as what is provided in the 1st piping 21 so that the temperature of the refrigerant | coolant which flows in into the expander 2 after passing the evaporator 5 can be acquired. However, the first temperature sensor 14 may be provided in the housing 6 or the like, for example. Since the temperature of the housing 6 and the temperature of the refrigerant flowing into the expander 2 have a correlation, the temperature of the refrigerant flowing into the expander 2 can be estimated from the first temperature sensor 14 provided in the housing 6. It is.
Thus, if the 1st temperature sensor 14 can also acquire the information regarding the temperature of the refrigerant | coolant which flows in into the expander 2, an installation place will not be limited.

また、この実施の形態1では、第1温度センサ14の出力に基づいて、冷媒流量制御手段16が、膨張機2の回転速度を調整するものとして説明したが、第1温度センサ14の出力に基づいて膨張機2の回転速度を調整させる構成は必ずしも必要ではなく、省略してもよい。
この場合でも、第1圧力センサ13の出力に基づいて膨張機2に流入される制御がなされるので、高圧側の冷媒の圧力が異常に高くなることが抑制されて適切な流量の冷媒が、膨張機2に流入されることになり、高圧側の冷媒が流れる機器の破損を防止できる効果が失われるわけではない。
In the first embodiment, the refrigerant flow rate control means 16 adjusts the rotational speed of the expander 2 based on the output of the first temperature sensor 14. However, the output of the first temperature sensor 14 A configuration for adjusting the rotational speed of the expander 2 based on the above is not necessarily required and may be omitted.
Even in this case, since control is performed to flow into the expander 2 based on the output of the first pressure sensor 13, the pressure of the refrigerant on the high-pressure side is suppressed from becoming abnormally high, and a refrigerant with an appropriate flow rate is obtained. It will flow into the expander 2 and the effect of preventing damage to the equipment through which the high-pressure side refrigerant flows is not lost.

実施の形態2.
図8はこの発明の実施の形態2に係る排熱回生システムの構成図である。
図8において、上記実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram of an exhaust heat regeneration system according to Embodiment 2 of the present invention.
In FIG. 8, the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図8において、排熱回生システム1Bは、第1バイパス手段10Aに代え、第1バイパス手段10Bを有する他は、排熱回生システム1Aと同様である。
第1バイパス手段10Bの構成は、第1バイパス流路を開閉自在に設けられる開閉手段としての開閉弁33を、流量調整弁11とは別個に備えている他は、第1バイパス手段10Aと同様である。
ここで、冷媒の流量を調整する流量調整弁11としては、完全に冷媒の流れを遮断することができないのが一般的である。
In FIG. 8, the exhaust heat regeneration system 1B is the same as the exhaust heat regeneration system 1A except that the exhaust heat regeneration system 1B includes a first bypass means 10B instead of the first bypass means 10A.
The configuration of the first bypass means 10B is the same as that of the first bypass means 10A, except that an opening / closing valve 33 as an opening / closing means provided so as to freely open and close the first bypass flow path is provided separately from the flow regulating valve 11. It is.
Here, the flow rate adjusting valve 11 for adjusting the flow rate of the refrigerant generally cannot completely block the flow of the refrigerant.

そこで、この実施の形態2では、第1バイパス手段10Bにより構成される第1バイパス流路を完全に遮断可能な開閉弁33を設けている。   Therefore, in the second embodiment, the on-off valve 33 that can completely shut off the first bypass flow path constituted by the first bypass means 10B is provided.

冷媒流量制御手段16は、ポンプ4と膨張機2が適合回転速度より小さな速度で回転され、ポンプ4からの吐出量に対して、膨張機2により適正処理可能な冷媒の量が、十分に大きい場合、言い換えれば、ポンプ4の出口側から凝縮器3の入口側に冷媒を戻す必要のない場合は、開閉弁33を閉じるように構成されている。
逆に、冷媒流量制御手段16は、ポンプ4と膨張機2が適合回転速度より大きな速度で回転され、ポンプ4からの吐出量に対して、膨張機2により適正処理される冷媒の量が、小さい場合、開閉弁33を開けるように構成されている。
The refrigerant flow control means 16 is such that the pump 4 and the expander 2 are rotated at a speed smaller than the suitable rotation speed, and the amount of refrigerant that can be properly processed by the expander 2 is sufficiently large relative to the discharge amount from the pump 4. In other words, in other words, when it is not necessary to return the refrigerant from the outlet side of the pump 4 to the inlet side of the condenser 3, the on-off valve 33 is closed.
On the contrary, the refrigerant flow rate control means 16 is such that the pump 4 and the expander 2 are rotated at a speed larger than the suitable rotation speed, and the amount of refrigerant properly processed by the expander 2 with respect to the discharge amount from the pump 4 is When it is small, the on-off valve 33 is configured to open.

この実施の形態2によれば、第1バイパス流路を完全に遮断可能な開閉弁33が設けられているので、ポンプ4から圧送されて、第1バイパス流路を流れる冷媒の流れを確実に止めることができる。
これにより、冷媒流量制御手段16が、ポンプ4の出口側から凝縮器3に冷媒を戻す必要のない条件で、排熱回生システム1Bが運転されている場合には、開閉弁33を閉じて、第1バイパス流路を遮断し、ポンプ4の出口側から凝縮器3の入口側に冷媒を戻す必要のある条件で、排熱回生システム1Bが運転されている場合には、開閉弁33を開けて、第1バイパス流路の遮断を解消することで、実施の形態1の効果に加えて、排熱回生システム1Bの運転効率を改善できるという効果が期待できる。
According to the second embodiment, since the on-off valve 33 capable of completely blocking the first bypass flow path is provided, the flow of the refrigerant that is pumped from the pump 4 and flows through the first bypass flow path is ensured. Can be stopped.
Thus, when the exhaust heat regeneration system 1B is operated under the condition that the refrigerant flow rate control means 16 does not need to return the refrigerant from the outlet side of the pump 4 to the condenser 3, the on-off valve 33 is closed, When the exhaust heat regeneration system 1B is operated under the condition that the first bypass passage is shut off and the refrigerant needs to be returned from the outlet side of the pump 4 to the inlet side of the condenser 3, the on-off valve 33 is opened. Thus, by eliminating the blocking of the first bypass flow path, in addition to the effect of the first embodiment, an effect of improving the operation efficiency of the exhaust heat regeneration system 1B can be expected.

実施の形態3.
図9はこの発明の実施の形態3に係る排熱回生システムの構成図である。
図9において、上記実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 9 is a configuration diagram of an exhaust heat regeneration system according to Embodiment 3 of the present invention.
In FIG. 9, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図9において、排熱回生システム1Cは、第1バイパス手段10Aに並列に設けられる第2バイパス手段40と、凝縮器3とポンプ4を接続する第3配管23を流れる冷媒の圧力及び温度を取得可能に、言い換えれば、ポンプ4に入力される冷媒の圧力及び温度を取得可能に、第3配管23に設けられる第2圧力センサ51及び低圧側温度センサとしての第2温度センサ52とを備えている。
排熱回生システム1Cの他の構成は、排熱回生システム1Aと同様である。
In FIG. 9, the exhaust heat regeneration system 1 </ b> C obtains the pressure and temperature of the refrigerant flowing through the second bypass unit 40 provided in parallel with the first bypass unit 10 </ b> A and the third pipe 23 connecting the condenser 3 and the pump 4. In other words, the second pressure sensor 51 provided in the third pipe 23 and the second temperature sensor 52 as a low-pressure side temperature sensor are provided so that the pressure and temperature of the refrigerant input to the pump 4 can be acquired. Yes.
Other configurations of the exhaust heat regeneration system 1C are the same as those of the exhaust heat regeneration system 1A.

第2バイパス手段40は、ポンプ4から蒸発器5に至るまでの冷媒流路と膨張機2から凝縮器3に至る冷媒流路との間を接続する第2バイパス流路を構成し、第2バイパス流路に組み込まれる冷媒タンク41、及び第2バイパス流路を開閉自在に設けられる冷媒流入選択手段としての第2開閉弁43a,43bを有する。   The 2nd bypass means 40 comprises the 2nd bypass flow path which connects between the refrigerant flow path from the pump 4 to the evaporator 5, and the refrigerant flow path from the expander 2 to the condenser 3, A refrigerant tank 41 incorporated in the bypass channel, and second on-off valves 43a and 43b as refrigerant inflow selection means provided to be able to open and close the second bypass channel are provided.

さらに、具体的には、第2バイパス手段40は、冷媒タンク41と、絞り42a,42bと、第2開閉弁43a,43bと、これらを介してポンプ4の出口側と凝縮器3の入口側を接続する第2バイパス配管45とを備え、ポンプ4から圧送される冷媒の一部を冷媒タンク41内に移送可能に構成されている。   More specifically, the second bypass means 40 includes a refrigerant tank 41, throttles 42a and 42b, second on-off valves 43a and 43b, and an outlet side of the pump 4 and an inlet side of the condenser 3 through these. The second bypass pipe 45 is connected to the refrigerant tank 41 so that a part of the refrigerant pumped from the pump 4 can be transferred into the refrigerant tank 41.

第2バイパス配管45は、第4配管24内の空間から冷媒タンク41に至る冷媒流路を形成する第7配管45aと、冷媒タンク41から第2配管22内の空間に至る冷媒流路を形成する第8配管45bとを備えている。   The second bypass pipe 45 forms a seventh pipe 45 a that forms a refrigerant flow path from the space in the fourth pipe 24 to the refrigerant tank 41, and a refrigerant flow path that extends from the refrigerant tank 41 to the space in the second pipe 22. And an eighth pipe 45b.

そして、絞り42aが、第7配管45aの冷媒流量を調整可能に第7配管45aの一部に組み入れられ、また、開閉弁43aが、第7配管45aの冷媒流路を遮断可能に設けられている。
また、絞り42bが、第8配管45bの冷媒流量を調整可能に第8配管45bの一部に組み入れられ、また、開閉弁43bが、第8配管45bの冷媒流路を遮断可能に設けられている。
The throttle 42a is incorporated in a part of the seventh pipe 45a so that the refrigerant flow rate of the seventh pipe 45a can be adjusted, and the on-off valve 43a is provided so as to block the refrigerant flow path of the seventh pipe 45a. Yes.
Further, the throttle 42b is incorporated in a part of the eighth pipe 45b so that the refrigerant flow rate of the eighth pipe 45b can be adjusted, and the on-off valve 43b is provided so as to block the refrigerant flow path of the eighth pipe 45b. Yes.

なお、第2圧力センサ51は、第1圧力センサ13と同様、例えば、抵抗ひずみケージ式圧力センサであり、第2温度センサ52も、第1温度センサ14と同様、例えば、サーミスタや熱電対である。   The second pressure sensor 51 is, for example, a resistance strain cage type pressure sensor, similarly to the first pressure sensor 13, and the second temperature sensor 52 is also, for example, a thermistor or a thermocouple, similarly to the first temperature sensor 14. is there.

絞り42a,42bは、排熱回生システム1Cの運転開始に先立って、予め開度を調整してあり、運転中は、開度を固定にするものとしている。しかし、絞り42a,42bとして、流量調整弁11と同様のものを用い、冷媒流量制御手段16が適宜、絞り42a,42bの開度を調整可能なようにしてもよい。   Prior to the start of operation of the exhaust heat regeneration system 1C, the throttles 42a and 42b are adjusted in opening in advance, and are fixed during operation. However, the throttles 42a and 42b may be the same as those of the flow rate adjustment valve 11 so that the refrigerant flow rate control means 16 can appropriately adjust the openings of the throttles 42a and 42b.

また、冷媒流量制御手段16を構成するROMには、冷媒の圧力−飽和温度特性が、予め格納されている。   The ROM constituting the refrigerant flow rate control means 16 stores the pressure-saturation temperature characteristics of the refrigerant in advance.

ここで、実施の形態1に説明した排熱回生システム1Aでは、流量調整弁11の制御により、ポンプ4から圧送された冷媒の一部を、第1バイパス流路を介して凝縮器3の入口側に適宜戻すことで、膨張機2に流入される冷媒の圧力を適切な大きさに保っている。   Here, in the exhaust heat regeneration system 1 </ b> A described in the first embodiment, a part of the refrigerant pressure-fed from the pump 4 is supplied to the inlet of the condenser 3 through the first bypass flow path under the control of the flow rate adjustment valve 11. By appropriately returning to the side, the pressure of the refrigerant flowing into the expander 2 is maintained at an appropriate level.

図7のモリエル線図のa3点とa点との比較からわかるように、ポンプ4及び膨張機3が、適合回転速度より速い回転速度で回転されている場合、適合回転速度でポンプ4及び膨張機3を回転させたときに比べて高圧側の圧力が下がるので、ポンプ4に流れ込む冷媒の温度が低下する。これに起因して、排熱回生システム1Aの運転上は問題とはならないものの、ポンプ4の入口での冷媒の温度とポンプ4の入口での冷媒の圧力に対応する冷媒の飽和温度との差で表される過冷却度が大きくなる。
過冷却度が大きくなると、排熱回生システム1Aが冷媒を循環させる際のランキンサイクルの熱効率が低下する。
As can be seen from the comparison between the points a3 and a in the Mollier diagram of FIG. 7, when the pump 4 and the expander 3 are rotated at a rotational speed faster than the adapted rotational speed, the pump 4 and the expansion at the adapted rotational speed. Since the pressure on the high pressure side is lower than when the machine 3 is rotated, the temperature of the refrigerant flowing into the pump 4 is lowered. Due to this, although there is no problem in the operation of the exhaust heat regeneration system 1A, the difference between the refrigerant temperature at the inlet of the pump 4 and the saturation temperature of the refrigerant corresponding to the refrigerant pressure at the inlet of the pump 4 The degree of supercooling represented by
When the degree of supercooling increases, the thermal efficiency of the Rankine cycle when the exhaust heat regeneration system 1A circulates the refrigerant decreases.

そこで、本実施の形態3の排熱回生システム1Cでは、第2圧力センサ51及び第2温度センサ52の出力に基づいて、冷媒流量制御手段16が、過冷却度を演算する。そして、過冷却度が、適切な範囲から外れた場合に、冷媒流量制御手段16は、過冷却度を適切な値に戻す方向に、冷媒タンク41に移送される冷媒の量が調整されるように、開閉弁43a,43bの開度を設定するように構成する。   Thus, in the exhaust heat regeneration system 1C of the third embodiment, the refrigerant flow rate control means 16 calculates the degree of supercooling based on the outputs of the second pressure sensor 51 and the second temperature sensor 52. When the degree of supercooling deviates from an appropriate range, the refrigerant flow control means 16 adjusts the amount of refrigerant transferred to the refrigerant tank 41 in a direction to return the degree of supercooling to an appropriate value. Further, the opening degree of the on-off valves 43a and 43b is set.

具体的には、冷媒流量制御手段16は、過冷却度が上限過冷却度敷居値TSHより大きくなったり、下限過冷却度敷居値TSLより小さくなったりした場合に、第2バイパス手段40の開閉弁43a,43bを開き、冷媒の一部を冷媒タンク41に移動させて過冷却度を適切な値に調整する。 Specifically, the refrigerant flow control means 16, when the degree of supercooling or larger than the upper limit supercooling degree threshold T SH, and may become smaller than the lower limit subcooling threshold T SL, the second bypass means 40 The on-off valves 43a and 43b are opened, and a part of the refrigerant is moved to the refrigerant tank 41 to adjust the degree of supercooling to an appropriate value.

また、これに併せて、排熱回生システム1Cでは、ランキンサイクルにおける高圧側の圧力を、許容上限圧力を超えないように排熱回生システム1Aと同様に制御している。   In addition to this, in the exhaust heat regeneration system 1C, the pressure on the high pressure side in the Rankine cycle is controlled in the same manner as in the exhaust heat regeneration system 1A so as not to exceed the allowable upper limit pressure.

以下、排熱回生システム1Cの動作の詳細について説明する。
図10はこの発明の実施の形態3に係る排熱回生システムの動作を説明するフロー図である。
Hereinafter, the details of the operation of the exhaust heat regeneration system 1C will be described.
FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of the exhaust heat regeneration system according to Embodiment 3 of the present invention.

ステップ201〜ステップ210で、冷媒流量制御手段16は、第1圧力センサ13と第1温度センサ14の出力に基づいて、流量調整弁11と膨張機3の回転速度を制御するが、その制御は、実施の形態1のステップ101〜ステップ110と同様であるので、説明を省略する。
なお、開閉弁43a,43bは、初期状態では、閉じられている。
In steps 201 to 210, the refrigerant flow rate control means 16 controls the rotational speeds of the flow rate adjustment valve 11 and the expander 3 based on the outputs of the first pressure sensor 13 and the first temperature sensor 14. Since it is the same as step 101 to step 110 of the first embodiment, description thereof is omitted.
The on-off valves 43a and 43b are closed in the initial state.

ステップ211で、冷媒流量制御手段16は、第2圧力センサ51と第2温度センサ52の出力から、ポンプ4に流入される低圧側の冷媒の圧力Pと温度TLPを取得する。 In step 211, the refrigerant flow rate control means 16 acquires the pressure P L and the temperature T LP of the low-pressure side refrigerant flowing into the pump 4 from the outputs of the second pressure sensor 51 and the second temperature sensor 52.

ステップ212で、冷媒流量制御手段16は、圧力Pでの冷媒の飽和温度Tを、圧力−飽和温度特性から取得する。 In step 212, the refrigerant flow rate control means 16 obtains the refrigerant saturation temperature TL at the pressure P L from the pressure-saturation temperature characteristic.

ステップ213で、冷媒流量制御手段16は、過冷却度ΔT(=TLP−T)を演算し、過冷却度ΔTが、予め設定した上限過冷却度敷居値TSHより、大きいか否かを判断する(ステップ213)。
上限過冷却度敷居値TSHは、適正とされる過冷却度の範囲のうち、最大値よりやや小さな値に設定される。例えば、上限過冷却度敷居値TSHは、10℃程度に設定される。
In step 213, the refrigerant flow control unit 16 calculates the degree of supercooling ΔT (= T LP -T L) , subcooling [Delta] T is, than the upper limit subcooling threshold T SH set in advance, whether a large Is determined (step 213).
The upper limit supercooling degree threshold value TSH is set to a value slightly smaller than the maximum value in the range of appropriate supercooling degree. For example, the upper limit supercooling degree threshold value T SH is set to about 10 ° C.

ステップ213で、冷媒流量制御手段16は、過冷却度ΔTが、上限過冷却度敷居値TSHより大きいと判断すると、開閉弁43aを開け、ポンプ4から圧送される冷媒の一部を、第7配管45a、絞り42a,及び開閉弁43aを介して冷媒タンク41に移送させ(ステップ214)、ステップ211の制御に戻る。 In step 213, the refrigerant flow control means 16, subcooling ΔT is, when it is determined that the upper limit is greater than the subcooling degree threshold T SH, opening the on-off valve 43a, a part of the refrigerant pumped from the pump 4, the The refrigerant is transferred to the refrigerant tank 41 through the seven pipe 45a, the throttle 42a, and the on-off valve 43a (step 214), and the control returns to step 211.

ステップ213で、冷媒流量制御手段16は、過冷却度ΔTが、上限過冷却度敷居値TSHより小さいと判断すると、開閉弁43aを閉じ(ステップ215)、ステップ216に進む。 In step 213, the refrigerant flow control means 16, subcooling ΔT is, when it is determined that the upper limit supercooling threshold T SH smaller, closed-off valve 43a (step 215), the process proceeds to step 216.

ステップ216で、冷媒流量制御手段16は、過冷却度ΔT(=TLP−T)が、予め設定した下限過冷却度敷居値TSLより小さいか否かを判断する。下限過冷却度敷居値TSLは、適正とされる過冷却度の範囲のうち、最小値よりやや大きな値に設定される。例えば、下限過冷却度敷居値TSLは、5℃程度に設定される。 In step 216, the refrigerant flow control means 16, the degree of supercooling ΔT (= T LP -T L) determines whether or not the lower limit subcooling threshold T SL is less than or a preset. The lower limit supercooling degree threshold value TSL is set to a value slightly larger than the minimum value in the appropriate range of supercooling degree. For example, the lower limit supercooling degree threshold value T SL is set to about 5 ° C.

ステップ216で、冷媒流量制御手段16は、過冷却度ΔTが、下限過冷却度敷居値TSLより小さいと判断すると、開閉弁43bを開け(ステップ217)、ステップ211に戻る。
ステップ216で、冷媒流量制御手段16は、過冷却度ΔTが、下限過冷却度敷居値TSLより大きいと判断すると、開閉弁43bを閉じ(ステップ218)、ステップ219に進む。
ステップ219及びステップ220は、ステップ111及びステップ112と同様の制御動作である。
In step 216, the refrigerant flow control means 16, subcooling ΔT is, determines that the lower limit supercooling threshold T SL smaller than opening the on-off valve 43 b (step 217), returns to step 211.
In step 216, the refrigerant flow control means 16, subcooling ΔT is, determines that the lower limit is greater than the subcooling degree threshold T SL, closed-off valve 43 b (step 218), the process proceeds to step 219.
Steps 219 and 220 are the same control operations as steps 111 and 112.

次いで、以上のように動作する排熱回生システム1Cの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図について説明する。
図11はこの発明の実施の形態3に係る排熱回生システムの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図であり、適合回転速度より速い速度で膨張機が回転される場合を示している。
ランキンサイクル中、a4点はポンプ4の入口、b3点はポンプ4の出口、c点は蒸発器5の出口、d4点は膨張機2の出口における冷媒の状態である。
また、図11では、排熱回生システム1Aの熱力学サイクルであるランキンサイクルのモリエル線図を点線にて併記している。
Next, the Mollier diagram of the Rankine cycle, which is the thermodynamic cycle of the exhaust heat regeneration system 1C operating as described above, will be described.
FIG. 11 is a Mollier diagram of the Rankine cycle, which is a thermodynamic cycle of the exhaust heat regeneration system according to Embodiment 3 of the present invention, and shows a case where the expander is rotated at a speed faster than the adapted rotational speed.
During the Rankine cycle, point a4 is the inlet of the pump 4, point b3 is the outlet of the pump 4, point c is the outlet of the evaporator 5, and point d4 is the state of the refrigerant at the outlet of the expander 2.
Moreover, in FIG. 11, the Mollier diagram of the Rankine cycle which is a thermodynamic cycle of the exhaust heat regeneration system 1A is shown with a dotted line.

図11に示される排熱回生システム1Cのランキンサイクルでは、a4点に表されるように、液体状態で、ポンプ4に流入した冷媒は、b3点に示されるように、昇圧されてポンプ4の出口から吐出される。さらに、冷媒は、第4配管24を介して蒸発器5に導かれ、蒸発器5内を通過する。この際、冷媒は、圧力を一定に保ったままエンジン8の冷却水により加熱されて、蒸発器5の出口で、c3点に表される100℃に近い高温で高圧の蒸気となる。   In the Rankine cycle of the exhaust heat regeneration system 1C shown in FIG. 11, the refrigerant flowing into the pump 4 in the liquid state is increased in pressure as shown in the point a4, as shown in the point a4. It is discharged from the outlet. Further, the refrigerant is guided to the evaporator 5 through the fourth pipe 24 and passes through the evaporator 5. At this time, the refrigerant is heated by the cooling water of the engine 8 while keeping the pressure constant, and becomes high-temperature and high-pressure steam at a high temperature close to 100 ° C. represented by the point c3 at the outlet of the evaporator 5.

高温高圧となった冷媒は、第1配管21を通って膨張機2に導かれ、膨張機2を通過する際に膨張して、d4点に表されるように、圧力が低下されるとともに、温度が40℃程度に低下した蒸気となって、膨張機2から吐出される。さらに、冷媒は、膨張機2から、第2配管22を通って凝縮器3に導入されて、ポンプ4の入口側に至り、圧力を一定に保ったまま、a4点に表されるように、低温の液体にされた状態に戻る。   The high-temperature and high-pressure refrigerant is guided to the expander 2 through the first pipe 21, expands when passing through the expander 2, and the pressure is reduced as represented by point d4. The steam is reduced in temperature to about 40 ° C. and discharged from the expander 2. Further, the refrigerant is introduced from the expander 2 through the second pipe 22 into the condenser 3, reaches the inlet side of the pump 4, and is expressed at point a4 while keeping the pressure constant. Return to cold liquid state.

ここで、図11において、第2バイパス手段40による冷媒の流量制御を行わない排熱回生システム1Aに場合に比べ、a3点とa4点に表されるように、ポンプ4の入口の冷媒の温度に、ほとんど変化ないが、ポンプ4の入口の冷媒の圧力は低下している。これにより、過冷却度は、小さく適切な値となる。   Here, in FIG. 11, the refrigerant temperature at the inlet of the pump 4, as indicated by points a <b> 3 and a <b> 4, as compared to the case of the exhaust heat regeneration system 1 </ b> A that does not perform refrigerant flow control by the second bypass unit 40. However, although there is almost no change, the pressure of the refrigerant at the inlet of the pump 4 is reduced. Thereby, the degree of supercooling becomes a small and appropriate value.

この実施の形態3によれば、冷媒流量制御手段16は、第1圧力センサ13と第1温度センサ14の出力に基づいて、流量調整弁11と膨張機3の回転速度を制御しているのは、実施の形態1と同様である。
従って、排熱回生システム1Aと同様、高圧側の冷媒の圧力が異常に高くなることが抑制されて適切な流量の冷媒が、膨張機2に流入されるので、高圧側の冷媒が流れる機器の破損を防止できる。
According to the third embodiment, the refrigerant flow rate control means 16 controls the rotational speeds of the flow rate adjustment valve 11 and the expander 3 based on the outputs of the first pressure sensor 13 and the first temperature sensor 14. Is the same as in the first embodiment.
Accordingly, similarly to the exhaust heat regeneration system 1A, the pressure of the high-pressure side refrigerant is suppressed from becoming abnormally high, and an appropriate flow rate of refrigerant flows into the expander 2, so that the high-pressure side refrigerant flows through the device. Damage can be prevented.

さらに、第2圧力センサ51の出力に対応する冷媒の飽和温度T、及び第2温度センサ52の出力に基づいて、冷媒流入選択手段としての開閉弁43a,43bによる第2バイパス流路の開閉を選択し、冷媒タンク41への冷媒の流れ込みを冷媒流量制御手段16に制御させることで、過冷却度ΔTを適切な値に保っている。
これにより、排熱回生システム1Cの運転効率を向上させることができる。
Further, based on the saturation temperature T L of the refrigerant corresponding to the output of the second pressure sensor 51 and the output of the second temperature sensor 52, the opening and closing valves 43a and 43b as the refrigerant inflow selection means open and close the second bypass flow path. And the refrigerant flow rate control means 16 controls the refrigerant flow into the refrigerant tank 41, so that the degree of supercooling ΔT is maintained at an appropriate value.
Thereby, the operating efficiency of the exhaust heat regeneration system 1C can be improved.

実施の形態4.
図12はこの発明の実施の形態4に係る排熱回生システムの構成図である。
なお、上記実施の形態1〜3と同一または相当部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図12において、排熱回生システム1Dは、第1バイパス手段10Aに代え、第1バイパス手段10Bを備える他は、上記実施の形態3と同様である。
即ち、第1バイパス手段10Bが構成する第1バイパス流路を開閉自在に設けられる第1開閉手段としての開閉弁33が、流量調整弁11とは別個に設けられている。
開閉弁33は、第1バイパス手段10Bが構成する1バイパス流路を完全に遮断することを目的として設けられている。
冷媒流量制御手段16は、実施の形態2と同様に開閉弁を制御する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram of an exhaust heat regeneration system according to Embodiment 4 of the present invention.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent part as the said Embodiment 1-3, and the description is abbreviate | omitted.
In FIG. 12, the exhaust heat regeneration system 1D is the same as that of the above-described third embodiment, except that the first bypass unit 10B is provided instead of the first bypass unit 10A.
That is, the opening / closing valve 33 as the first opening / closing means provided so as to be openable / closable is provided separately from the flow rate adjusting valve 11.
The on-off valve 33 is provided for the purpose of completely blocking the one bypass flow path formed by the first bypass means 10B.
The refrigerant flow rate control means 16 controls the on-off valve as in the second embodiment.

この実施の形態4の排熱回生システム1Dによれば、第2バイパス手段40を有し、冷媒流量制御手段16が、過冷却度ΔTが適切な値をとるように、開閉弁43a,43bの開閉制御を行う点は、実施の形態3と同様であり、排熱回生システム1Dの運転効率を向上させることができる。   According to the exhaust heat regeneration system 1D of the fourth embodiment, the on-off valves 43a and 43b have the second bypass means 40, and the refrigerant flow rate control means 16 takes an appropriate value for the degree of supercooling ΔT. The point of performing the open / close control is the same as that of the third embodiment, and the operation efficiency of the exhaust heat regeneration system 1D can be improved.

さらに、この実施の形態4によれば、第1バイパス手段10Bにより構成される第1バイパス流路を完全に遮断可能な開閉弁33が設けられているので、第1バイパス流路を流れる冷媒の流れを確実に止めることができる。
ポンプ4の出口側から凝縮器3に冷媒を戻す必要のない条件で、排熱回生システム1Dが運転されている場合には、開閉弁33を閉じて、第1バイパス流路を遮断し、ポンプ4の出口側から凝縮器3に冷媒を戻す必要のある条件で、排熱回生システム1Dが運転されている場合には、開閉弁33を開けて、第1バイパス流路の遮断を解消させるように冷媒流量制御手段16に制御させることで、排熱回生システム1Dの運転効率を改善できる。
Further, according to the fourth embodiment, since the on-off valve 33 capable of completely blocking the first bypass flow path constituted by the first bypass means 10B is provided, the refrigerant flowing through the first bypass flow path is provided. The flow can be stopped reliably.
When the exhaust heat regeneration system 1D is operated under the condition that the refrigerant does not need to be returned to the condenser 3 from the outlet side of the pump 4, the on-off valve 33 is closed to shut off the first bypass flow path, and the pump When the exhaust heat regeneration system 1D is operated under the condition that the refrigerant needs to be returned to the condenser 3 from the outlet side of the outlet 4, the on-off valve 33 is opened so as to cancel the blockage of the first bypass flow path. By making the refrigerant flow rate control means 16 control the operation efficiency of the exhaust heat regeneration system 1D can be improved.

実施の形態5.
図13はこの発明の実施の形態5に係る排熱回生システムの構成図である。
図13において、排熱回生システム1Eは、第1バイパス手段10Aに代え、第1バイパス手段10Cを有する他は、排熱回生システム1Cと同様に構成されている。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 13 is a block diagram of an exhaust heat regeneration system according to Embodiment 5 of the present invention.
In FIG. 13, the exhaust heat regeneration system 1 </ b> E is configured in the same manner as the exhaust heat regeneration system 1 </ b> C except that the first bypass means 10 </ b> C is provided instead of the first bypass means 10 </ b> A.

第1バイパス手段10Cは、ポンプ4から蒸発器5に至る冷媒流路と凝縮器3からポンプ4の入口側に至る冷媒流路との間を接続する第1バイパス流路を構成するとともに、第1バイパス流路を流れる冷媒の流量を調整可能な流量調整弁11を有する。   The first bypass means 10C constitutes a first bypass flow path connecting the refrigerant flow path from the pump 4 to the evaporator 5 and the refrigerant flow path from the condenser 3 to the inlet side of the pump 4, and the first bypass means 10C. 1 It has the flow control valve 11 which can adjust the flow volume of the refrigerant | coolant which flows through a bypass flow path.

具体的には、第1バイパス手段10Cは、流量調整弁11と、流量調整弁11を介して第4配管24内と第3配管23内とを接続するバイパス配管12Bと、第1バイパス流路を開閉自在に設けられる開閉弁33とを備えている。
第1バイパス配管12Bは、第4配管24内の空間から流量調整弁11に至る冷媒流路を形成する第9配管12cと、流量調整弁11から第3配管23内の空間に至る冷媒流路を形成する第10配管12dとを備えている。
そして、開閉弁33が、第10配管12dの冷媒流路を開閉自在に第10配管12dに設けられている。
Specifically, the first bypass means 10 </ b> C includes a flow rate adjustment valve 11, a bypass pipe 12 </ b> B that connects the inside of the fourth pipe 24 and the inside of the third pipe 23 via the flow rate adjustment valve 11, and the first bypass flow path. And an open / close valve 33 that can be freely opened and closed.
The first bypass pipe 12B includes a ninth pipe 12c that forms a refrigerant flow path from the space in the fourth pipe 24 to the flow rate adjustment valve 11, and a refrigerant flow path from the flow rate adjustment valve 11 to the space in the third pipe 23. And a tenth pipe 12d.
And the on-off valve 33 is provided in the 10th piping 12d so that the refrigerant | coolant flow path of the 10th piping 12d can be opened and closed freely.

第1バイパス手段10Cの流量調整弁11を制御することで、ポンプ4から圧送されて、第1バイパス流路を介してポンプ4の入口側に導かれる冷媒の量を調整することが可能となっている。
冷媒流量制御手段16による流量調整弁11の駆動制御、及び開閉弁33の制御は、上記実施の形態1,2と同様に行われる。
By controlling the flow rate adjusting valve 11 of the first bypass means 10C, it is possible to adjust the amount of refrigerant that is pumped from the pump 4 and led to the inlet side of the pump 4 through the first bypass flow path. ing.
The drive control of the flow rate adjustment valve 11 and the control of the on-off valve 33 by the refrigerant flow rate control means 16 are performed in the same manner as in the first and second embodiments.

即ち、ポンプ4から圧送される冷媒流量が、膨張機2で適正処理される冷媒流量より大きくなる場合には、以下のような制御がなされる。
冷媒流量制御手段16は、第1圧力センサ13の出力に基づいて、ランキンサイクルの高圧側の冷媒の圧力が、許容される上限の圧力に近づいて上限圧力敷居値PH(MAX)を超えたと判断すると、上記実施の形態1と同様、第1バイパス流路に流れ込む冷媒の量が、膨張機2に流入される冷媒が適切な流量となるように流量調整弁11の開度及び開閉弁33の開閉を制御する。
That is, when the refrigerant flow rate pumped from the pump 4 is larger than the refrigerant flow rate appropriately processed by the expander 2, the following control is performed.
Based on the output of the first pressure sensor 13, the refrigerant flow rate control means 16 determines that the refrigerant pressure on the high-pressure side of the Rankine cycle has approached the upper limit of the allowable upper limit and has exceeded the upper limit pressure threshold value PH (MAX). When the determination is made, as in the first embodiment, the opening of the flow rate adjusting valve 11 and the on-off valve 33 are set so that the amount of the refrigerant flowing into the first bypass flow path becomes an appropriate flow rate of the refrigerant flowing into the expander 2. Controls the opening and closing of.

ここで、上記実施の形態1〜4の第1バイパス手段10A,10Bは、ポンプ4の出口から凝縮器3の入口側に至る第1バイパス流路を構成したが、この実施の形態5の第1バイパス手段10Cは、ポンプ4の出口側からポンプ4の入口側に至るバイパス流路を構成するものである。
但し、第1バイパス流路は、ポンプ4から蒸発器5に至るまでの高圧側の冷媒流路と膨張機2から凝縮器3を介してポンプ4に至る低圧側の冷媒流路とを接続する点では、実施の形態1〜4と共通である。
このため、実施の形態5においても、実施の形態1と同様の効果が得られる。
Here, the first bypass means 10A, 10B of the first to fourth embodiments constitute the first bypass flow path from the outlet of the pump 4 to the inlet side of the condenser 3. The 1 bypass means 10 </ b> C constitutes a bypass flow path from the outlet side of the pump 4 to the inlet side of the pump 4.
However, the first bypass flow path connects the high-pressure side refrigerant flow path from the pump 4 to the evaporator 5 and the low-pressure side refrigerant flow path from the expander 2 to the pump 4 via the condenser 3. This is common to the first to fourth embodiments.
For this reason, also in Embodiment 5, the same effect as Embodiment 1 is acquired.

なお、この実施の形態5では、排熱回生システム1Dにおいて第1バイパス手段10Aに代え、バイパス手段10Cを適用したものとしているが、排熱開始排熱回生システム1Aにおいて、第1バイパス手段10Aに代え、第1バイパス手段10Cを適用したものでもよい。
即ち、第1バイパス手段は、ポンプ4から蒸発器5を介して膨張機2に至る冷媒流路と膨張機2から凝縮器3を介してポンプ4に至る冷媒流路との間を接続する第1バイパス流路が形成するように設けてあればよい。
また、バイパス手段10Cは、開閉弁33を有するものとしたが、開閉弁33は省略してもよい。
In the fifth embodiment, the bypass means 10C is applied in place of the first bypass means 10A in the exhaust heat regeneration system 1D. However, in the exhaust heat start exhaust heat regeneration system 1A, the first bypass means 10A is replaced with the first bypass means 10A. Instead, the first bypass means 10C may be applied.
That is, the first bypass means connects the refrigerant flow path from the pump 4 to the expander 2 via the evaporator 5 and the refrigerant flow path from the expander 2 to the pump 4 via the condenser 3. What is necessary is just to provide so that one bypass flow path may form.
Moreover, although the bypass means 10C has the on-off valve 33, the on-off valve 33 may be omitted.

また、上記各実施の形態では、回転電機は、発電機30であるものとして説明したが、回転電機は、電動機であってもよい。つまり、排熱回生システム1A〜1Eは、エンジン8の排熱を発電機30の駆動用の動力として利用するものに限定されず、例えば、電動機の出力をエンジンの動力源の一部として利用されるように電動機とエンジン8とを接続し、エンジン8の排熱をエンジン等の駆動用の動力として利用するものであってもよい。   In each of the above embodiments, the rotating electrical machine is described as being the generator 30, but the rotating electrical machine may be an electric motor. That is, the exhaust heat regeneration systems 1 </ b> A to 1 </ b> E are not limited to those that use the exhaust heat of the engine 8 as power for driving the generator 30. For example, the output of the electric motor is used as part of the engine power source. In this way, the electric motor and the engine 8 may be connected so that the exhaust heat of the engine 8 is used as power for driving the engine or the like.

1A〜1E 排熱回生システム、2 膨張機、3 凝縮器、4 ポンプ、5 蒸発器、7 出力軸、10A〜10C 第1バイパス手段、11 流量調整弁(流量調整手段)、13 第1圧力センサ、14 第1温度センサ(高圧側温度センサ)、16 冷媒流量制御手段、40 第2バイパス手段、41 冷媒タンク、43a,43b 冷媒流入選択手段、51 第2圧力センサ、52 第2温度センサ(低圧側温度センサ)。   1A to 1E Waste heat regeneration system, 2 expander, 3 condenser, 4 pump, 5 evaporator, 7 output shaft, 10A to 10C first bypass means, 11 flow rate adjustment valve (flow rate adjustment means), 13 first pressure sensor , 14 First temperature sensor (high pressure side temperature sensor), 16 Refrigerant flow rate control means, 40 Second bypass means, 41 Refrigerant tank, 43a, 43b Refrigerant inflow selection means, 51 Second pressure sensor, 52 Second temperature sensor (low pressure) Side temperature sensor).

Claims (4)

冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機と、
上記膨張機からの上記冷媒を凝縮する凝縮器と、
上記膨張機の駆動力が伝達されるように出力軸を介して上記膨張機に連結され、上記凝縮器からの冷媒を圧送するポンプと、
上記ポンプからの冷媒を加熱して上記膨張機へ送る蒸発器と
を備える排熱回生システムであって、
上記ポンプから上記蒸発器に至るまでの冷媒流路と上記膨張機から上記凝縮器を介して上記ポンプに至る冷媒流路との間を接続する第1バイパス流路を構成し、上記第1バイパス流路を流れる上記冷媒の流量を調整可能な流量調整手段を有する第1バイパス手段と、
上記ポンプから圧送される上記冷媒の圧力に関する情報を取得する第1圧力センサと、
上記第1圧力センサの出力に基づいて、上記流量調整手段の駆動を制御する冷媒流量制御手段と
を備えていることを特徴とする排熱回生システム。
An expander that expands the refrigerant to generate a driving force;
A condenser for condensing the refrigerant from the expander;
A pump that is coupled to the expander via an output shaft so that the driving force of the expander is transmitted, and that pumps the refrigerant from the condenser;
An exhaust heat regeneration system comprising an evaporator that heats the refrigerant from the pump and sends it to the expander,
Forming a first bypass channel connecting the refrigerant channel from the pump to the evaporator and the refrigerant channel from the expander to the pump via the condenser; First bypass means having flow rate adjusting means capable of adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the flow path;
A first pressure sensor for acquiring information on the pressure of the refrigerant pumped from the pump;
An exhaust heat regeneration system comprising: a refrigerant flow rate control unit that controls driving of the flow rate adjustment unit based on an output of the first pressure sensor.
上記ポンプから上記蒸発器に至るまでの冷媒流路と上記膨張機から上記凝縮器に至る冷媒流路とを接続する第2バイパス流路を構成し、上記第2バイパス流路に組み込まれる冷媒タンク、及び上記第2バイパス流路を開閉自在に設けられる冷媒流入選択手段を有する第2バイパス手段と、
上記凝縮器から上記ポンプに導かれる上記冷媒の圧力に関する情報を取得する第2圧力センサと、
上記凝縮器から上記ポンプに導かれる上記冷媒の温度に関する情報を取得する低圧側温度センサと
を備え、
上記冷媒流量制御手段は、上記第2圧力センサの出力に対応する上記冷媒の飽和温度、及び上記低温側温度センサの出力に基づいて、上記冷媒流入選択手段による上記第2バイパス流路の開閉を行って、上記冷媒タンクへの上記冷媒の流れ込みを制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の排熱回生システム。
A refrigerant tank that configures a second bypass channel that connects a refrigerant channel from the pump to the evaporator and a refrigerant channel from the expander to the condenser, and is incorporated in the second bypass channel And a second bypass means having a refrigerant inflow selection means provided to open and close the second bypass flow path,
A second pressure sensor for acquiring information on the pressure of the refrigerant guided from the condenser to the pump;
A low-pressure side temperature sensor that acquires information on the temperature of the refrigerant guided from the condenser to the pump;
The refrigerant flow rate control means opens and closes the second bypass flow path by the refrigerant inflow selection means based on the saturation temperature of the refrigerant corresponding to the output of the second pressure sensor and the output of the low temperature side temperature sensor. The exhaust heat regeneration system according to claim 1, wherein the exhaust heat regeneration system controls the flow of the refrigerant into the refrigerant tank.
上記蒸発器から上記膨張機に導かれる上記冷媒の温度に関する情報を取得する高圧側温度センサを備え、
上記冷媒流量制御手段は、上記高圧側温度センサの出力に基づいて上記膨張機の回転速度を制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排熱回生システム。
A high-pressure side temperature sensor that obtains information on the temperature of the refrigerant guided from the evaporator to the expander;
The exhaust heat regeneration system according to claim 1 or 2, wherein the refrigerant flow rate control means controls the rotational speed of the expander based on an output of the high pressure side temperature sensor.
上記第1バイパス流路を全閉可能な開閉手段を備え、
上記冷媒流量制御手段は、上記第1圧力センサの出力に基づいて、上記開閉手段の開閉を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の排熱回生システム。
An opening / closing means capable of fully closing the first bypass flow path;
The exhaust heat regeneration system according to any one of claims 1 to 3, wherein the refrigerant flow rate control means controls opening and closing of the opening and closing means based on an output of the first pressure sensor. .
JP2011181269A 2011-08-23 2011-08-23 Waste heat regeneration system Expired - Fee Related JP5653320B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011181269A JP5653320B2 (en) 2011-08-23 2011-08-23 Waste heat regeneration system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011181269A JP5653320B2 (en) 2011-08-23 2011-08-23 Waste heat regeneration system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013044253A JP2013044253A (en) 2013-03-04
JP5653320B2 true JP5653320B2 (en) 2015-01-14

Family

ID=48008352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011181269A Expired - Fee Related JP5653320B2 (en) 2011-08-23 2011-08-23 Waste heat regeneration system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5653320B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9932863B2 (en) * 2013-06-28 2018-04-03 Norgren Limited Vehicle waste heat recovery system
DE102015224128A1 (en) * 2015-12-03 2017-06-08 Robert Bosch Gmbh A waste heat recovery system of an internal combustion engine and method for operating a waste heat recovery system of an internal combustion engine

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57143113A (en) * 1981-03-02 1982-09-04 Hitachi Ltd Method and device for controlling flow rate of motive power generator of rankine cycle type
JP2009097387A (en) * 2007-10-15 2009-05-07 Denso Corp Waste heat utilization equipment
JP4302759B2 (en) * 2007-09-14 2009-07-29 株式会社デンソー Waste heat utilization equipment
JP2009138575A (en) * 2007-12-04 2009-06-25 Toyota Motor Corp Engine waste heat recovery system
JP2011102577A (en) * 2009-10-15 2011-05-26 Toyota Industries Corp Waste heat regeneration system
JP5552986B2 (en) * 2010-09-24 2014-07-16 株式会社豊田自動織機 Rankine cycle equipment
JP5278496B2 (en) * 2011-03-25 2013-09-04 株式会社豊田自動織機 Vehicle exhaust heat recovery system
JP2013011258A (en) * 2011-06-30 2013-01-17 Toyota Industries Corp Rankine cycle

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013044253A (en) 2013-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4302759B2 (en) Waste heat utilization equipment
US7950230B2 (en) Waste heat recovery apparatus
JP6194274B2 (en) Waste heat recovery system and waste heat recovery method
JP5598724B2 (en) Compression heat recovery system
EP2944812B1 (en) Thermal energy recovery device and control method
JP7009227B2 (en) Thermal energy recovery device
JP5621721B2 (en) Rankine cycle
KR101600687B1 (en) Heat recovery apparatus and operation control method of heat recovery apparatus
US10184359B2 (en) Waste heat recovery device and waste heat recovery method
WO2010070786A1 (en) Exhaust heat regeneration system
JP2009097387A (en) Waste heat utilization equipment
JP6143755B2 (en) Engine waste heat utilization device
CN106460546B (en) Power generator
WO2012039225A1 (en) Rankine cycle device
JP2013231377A (en) Waste heat regeneration system
JP5653320B2 (en) Waste heat regeneration system
EP2918794B1 (en) Rankine cycle device
JP6647922B2 (en) Thermal energy recovery apparatus and start-up method thereof
KR102018710B1 (en) Thermal energy recovery device
JP6616235B2 (en) Waste heat recovery system
CN112105801A (en) Rankine cycle apparatus and control method thereof
JP6021379B2 (en) Heat pump control device, heat pump, and heat pump control method
US10851678B2 (en) Thermal energy recovery device and startup operation method for the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130927

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140729

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20141021

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5653320

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees