JP6953924B2

JP6953924B2 - 熱交換器のモデル化システム及びその方法

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Publication number: JP6953924B2
Application number: JP2017171236A
Authority: JP
Inventors: 朋冬松浮
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: JP2019045111A

Description

本発明は、熱交換器のモデル化システム及びその方法に関し、特に熱交換に伴い流体が相変化する熱交換器のモデル化システム及びその方法に関する。

熱交換器の伝熱を扱う手法の一つとして、ε−ＮＴＵ法が知られている。例えば、特許文献１は、水−冷媒間の対向流型熱交換器の設計のためにε−ＮＴＵ法を用いることを開示する。

特開２００９-６８７３６公報

ところで、ランキンサイクルは公知であり、例えば省エネの観点から、エンジンの廃熱回収などに用いられている。ランキンサイクルは、ポンプ、蒸発器、膨張器、凝縮器が順に配置されて、作動流体が循環する閉回路を主構成として有する。蒸発器は、熱源からの廃熱を有する流体と、ランキンサイクルを循環する作動流体との間での熱交換をもたらすように構成された熱交換器である。ランキンサイクルにおいては、一般には、作動流体は、蒸発器に入る段階では液相であり、蒸発器を出る段階では気相である。この蒸発器をモデル化して、例えばコンピュータシミュレーションで蒸発器での伝熱状態または伝熱結果を適切に推定することを可能にすることは、ランキンサイクルの効率又は膨張器の仕事などを評価又は管理する上で有効である。

しかし、ε−ＮＴＵ法は、熱交換器での伝熱を扱う手法として広く適用されているが、その適用は、エンジンのラジエータ（特に空気とエンジン冷却水との間で熱交換を生じさせる熱交換器）のように、熱交換する２つの流体がいずれも相変化しない熱交換器が主である。つまり、ε−ＮＴＵ法は、熱交換する２つの流体のうち、少なくとも一方の流体が相変化する熱交換器には簡単に適用することはできない。また、熱交換器の伝熱経路を細分化してそれをモデル化する手法もある。しかし、これは熱交換器の形状に合わせて細分化方法を定めてそれを細分化する必要があるので、ある熱交換器でのモデル化方法を同じく、異なる形状の熱交換器に安易に適用することはできない。

本発明の目的は、熱交換する２つの流体のうち、少なくとも一方の流体が熱交換により相変化する熱交換器を、その形状に制約を受けることなく、モデル化することにある。

本発明の第１態様によれば、
冷熱源からの第１流体と該第１流体との熱交換により相変化を生じる第２流体とが流れる対向流型熱交換器のモデル化システムであって、
前記熱交換器での前記第１流体の入口温度と前記熱交換器での前記第２流体の出口温度とを対応関係付けるとともに、前記熱交換器での前記第２流体の入口温度と前記熱交換器での前記第１流体の出口温度とを対応関係付けて、基本エンタルピーモデルを作成する基本エンタルピーモデル作成手段と、
取得した前記第１流体の状態量と取得した前記第２流体の状態量とに基づいて、前記熱交換器での前記第１流体の温度と前記第２流体の温度との温度差データを作成する温度差データ作成手段と、
前記熱交換器のモデル化を図るように、前記温度差データを前記基本エンタルピーモデルに関連付ける関連付け手段と
を備えた、対向流型熱交換器のモデル化システム
が提供される。

好ましくは、前記温度差データ作成手段は、更に、取得した前記第１流体の流量及び取得した前記第２流体の流量に基づいて、前記温度差データを作成する。

本発明の第２態様によれば、
冷熱源からの第１流体と該第１流体との熱交換により相変化を生じる第２流体とが流れる対向流型熱交換器のモデル化方法であって、
前記熱交換器での前記第１流体の入口温度と前記熱交換器での前記第２流体の出口温度とを対応関係付けるとともに、前記熱交換器での前記第２流体の入口温度と前記熱交換器での前記第１流体の出口温度とを対応関係付けて、基本エンタルピーモデルを作成する基本エンタルピーモデル作成ステップと、
取得した前記第１流体の状態量と取得した前記第２流体の状態量とに基づいて、前記熱交換器での前記第１流体の温度と前記第２流体の温度との温度差データを作成する温度差データ作成ステップと、
前記熱交換器のモデル化を図るように、前記温度差データを前記基本エンタルピーモデルに関連付ける関連付けステップと
を含む、対向流型熱交換器のモデル化方法
が提供される。

好ましくは、前記温度差データ作成ステップでは、更に、取得した前記第１流体の流量及び取得した前記第２流体の流量に基づいて、前記温度差データを作成する。

本発明の上記態様に係る対向流型熱交換器のモデル化システム又は対向流型熱交換器のモデル化方法によれば、対向流型熱交換器での同じ側での第１流体の温度と第２流体の温度とを対応関係付けて基本エンタルピーモデルが作成され、一方で、取得したそれら流体の状態量に基づいて温度差データが作成され、熱交換器のモデル化を図るようにそれらは関連付けられる。したがって、本発明の上記態様によれば、熱交換器の形状及び熱交換器での流体の相変化にかかわらず、熱交換器のモデル化を図ることができる。

本発明の一実施形態が適用された熱交換器としての蒸発器を備える動力回収装置の概略構成図である。図１の実施形態における、熱交換器のモデル化のフローを示す図である。図１の実施形態における、基本エンタルピーモデルの説明図である。図１の蒸発器における、流体の温度変化例を示すグラフである。

以下、本発明に係る一実施形態を図に基づいて説明する。

図１は、本実施形態のモデル化システムでモデル化の対象とされる熱交換器を有するランキンサイクルシステム１０を備えた動力回収装置１の概略構成図である。この動力回収装置１は、以下に説明するランキンサイクルシステム１０の膨張器によって車両用のエンジンの排気ガスから動力を取り出すものである。すなわち、動力回収装置１のランキンサイクルシステム１０は、エンジンを熱源として、その排気ガスを熱媒体とするが、他の流体が熱媒体とされてもよく、例えばエンジン冷却水が熱媒体とされてもよい。なお、動力回収装置１は、膨張器で回収した動力で発電機を駆動するように構成されているが、他の機械、例えばエンジンを膨張器負荷とするものであってもよい。

ランキンサイクルシステム１０は、ポンプ１２、蒸発器１４、膨張器１６及び凝縮器１８を備えている。ポンプ１２、蒸発器１４、膨張器１６及び凝縮器１８は、作動流体が流通する環状通路２０に順に配置されていて、これらは閉回路を形成する。

ポンプ１２は、作動流体を蒸発器１４側に圧送してランキンサイクルシステム１０の環状通路２０を循環させるものである。ここでは、ポンプ１２はモータ１２ａによって駆動されるが、他の動力源の動力（駆動力）を用いて駆動されてもよい。また、蒸発器１４は、熱交換器として構成されている。本実施形態では、この蒸発器１４が、モデル化の対象となる熱交換器である。蒸発器１４は、対向流型の熱交換器として構成されている。つまり、蒸発器１４において、第１流体としての排気ガスの流れ方向と、第２流体としての作動流体の流れ方向とは概ね逆向きである。蒸発器１４は、ポンプ１２が圧送した（液相の）作動流体を、熱源としてのエンジン２２の排気管２４内を流通する排気ガスと熱交換させて加熱するものである。蒸発器１４において排気ガスの熱（廃熱）で加熱されることによって作動流体は蒸気化し（蒸発し）、蒸気化した作動流体は膨張器１６に流入する。膨張器１６は、蒸発器１４で蒸気化した作動流体の膨張エネルギーを動力（機械的エネルギー）として取り出し、駆動軸１６ａを回転させるものである。ここでは、駆動軸１６ａは発電機２６に接続されている。凝縮器１８は、膨張器１６が膨張させた作動流体を冷却して凝縮液化させるものである。凝縮器１８で凝縮された作動流体はポンプ１２に吸引され、環状通路２０内を再び循環する。

さて、上記エンジン２２及び動力回収装置１には、各種センサが設けられている。例えば、エンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ３０、及び、エンジン負荷を検出するためのエンジン負荷センサ３２がエンジン２２に対して設けられている。エンジン負荷センサは例えばエアフローメーター（流量センサ）である。また、排気ガスの温度を検出するための第１及び第２排気温度センサ３４、３６、及び、排気ガスの圧力を検出するための第１及び第２排気圧力センサ３８、４０が蒸発器１４の入口側及び出口側のそれぞれに対する位置に設けられている。第１排気温度センサ３４及び第１排気圧力センサ３８は、蒸発器１４に流入する第１流体としての排気ガスの温度（入口温度）及び圧力（入口圧力）をそれぞれ検出するために設けられていて、第２排気温度センサ３６及び第２排気圧力センサ４０は、蒸発器１４から流出する排気ガスの温度（出口温度）及び圧力（出口圧力）をそれぞれ検出するために設けられている。更に、作動流体の温度を検出するための第１及び第２作動流体温度センサ４２、４４、及び、作動流体の圧力を検出するための第１及び第２作動流体圧力センサ４６、４８が蒸発器１４の入口側及び出口側のそれぞれに対する位置に設けられている。第１作動流体温度センサ４２及び第１作動流体圧力センサ４６は、蒸発器１４に流入する第２流体としての作動流体の温度（入口温度）及び圧力（入口圧力）をそれぞれ検出するために設けられていて、第２作動流体温度センサ４４及び第２作動流体圧力センサ４８は、蒸発器１４から流出する作動流体の温度（出口温度）及び圧力（出口圧力）をそれぞれ検出するために設けられている。また、ポンプ１２（の駆動軸１２ｂ）の回転速度を検出するための回転速度センサ５０が設けられている。更に、ランキンサイクルシステム１０の環状通路２０には、ここでは、ポンプ１２と蒸発器１４との間の位置に、流量センサ５２が設けられている。流量センサ５２は、蒸発器１４に入る作動流体の流量を計測するために設けられている。

これらセンサからの出力は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）６０に入力される。ＥＣＵ６０は、ランキンサイクルシステム１０やエンジン２２の各種制御を行うように、所謂コンピュータとして構成され、公知の演算処理装置（例えばＣＰＵ）や記憶装置（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。ＥＣＵ６０は、それらセンサからの出力に基づいて各種値を取得し（検出し）、予め記憶しているプログラム及びデータに基づいて所定の演算をし、エンジン２２（例えばインジェクタやスロットルバルブ）の作動、モータ１２ａの駆動等のためにそれらのそれぞれに作動信号を出力する。

更に、エンジン２２を各種運転状態で作動させるとともに、モータ１２ａを各種条件（例えば所定回転速度）で作動させたときに取得される上記センサの出力に基づいて、ＥＣＵ６０は蒸発器１４のモデル化を行う。つまり、ＥＣＵ６０は、モデル化システムＳのモデル化手段の機能を担う。モデル化手段は、基本エンタルピーモデル作成手段と、温度差データ作成手段と、関連付け手段とを含み、これらは相互に関連付けられている。モデル化システムＳのモデル化手段は、ここでは単一のユニットとしてＥＣＵ６０に組み込まれているが、複数のユニットが電気的に接続されることで構成されてもよい。例えば、基本エンタルピーモデル作成手段及び関連付け手段の機能を担う第１電子制御ユニットと、温度差データ作成手段の機能を担う第２電子制御ユニットとが別体で構成され、これらは通信可能に構成されてもよい。なお、この場合、関連付け手段の機能を、第２電子制御ユニットが担ってもよい。以下、本実施形態におけるモデル化について、説明する。

本発明者は、鋭意研究の結果、ランキンサイクルの蒸発器のような熱交換器における熱（量）の授受（出入り）に伴う流体の変化を等圧変化と仮定して扱うことに着目した。等圧変化の場合、蒸発器で出入りする熱は流体のエンタルピー変化（熱交換器の出入口でのエンタルピー差）に使われることは公知である。

蒸発器１４のモデル化の流れを図２に示す。ＥＣＵ６０における、モデル化手段に相当する機能部による蒸発器１４のモデル化では、まず、基本エンタルピーモデルの作成（構築）が行われる（ステップＳ２０１、つまり基本エンタルピーモデル作成ステップ）。ここでは、以下において説明される基本エンタルピーモデルの作成として、蒸発器１４での排気ガスの入口温度と蒸発器１４での作動流体の出口温度とを対応関係付けるとともに、蒸発器１４での作動流体の入口温度と蒸発器１４での排気ガスの出口温度とを対応関係付けることが行われる。ここでは、具体的には、蒸発器１４での排気ガスの入口温度とそこでの作動流体の出口温度とが略等しいというようにそれらは対応関係付けられ、蒸発器１４での作動流体の入口温度とそこでの排気ガスの出口温度とが略等しいというようにそれらは対応関係付けられる。

図３（ａ）に、蒸発器１４（を有する系）を簡略化して表す。図３（ａ）では、排気ガスＦ１（実線）が図中右側から左側に流れ、作動流体Ｆ２（破線）が図中左側から右側に流れ、排気ガスＦ１と作動流体Ｆ２とが対向するように流れるところが表わされている。図３（ｂ）に、図３（ａ）の蒸発器における排気ガス及び作動流体のそれぞれの理想的な温度変化を表す。図３（ｂ）では、実線が排気ガスの温度Ｔ１に対応し、破線が作動流体の温度Ｔ２に対応する。なお、図３（ｂ）のグラフの横軸は、図３（ａ）の蒸発器の各位置に対応し、蒸発器の両端部（入口部又は出口部）は位置Ｅ１、Ｅ２に対応する。

図３に示す蒸発器１４（を有する系）の基本モデルでは、蒸発器１４における排気ガスの変化及び作動流体の変化をそれぞれ等圧変化と仮定し、蒸発器で授受される（出入りする）熱（量）をそれぞれのエンタルピー変化に略等しいとみなす。更に、図３に示す基本モデルでは、蒸発器１４における排気ガスと作動流体との間の熱授受が略等しく（排気ガスからの熱量Ｑ１≒作動流体への熱量Ｑ２）、位置Ｅ２において排気ガスの入口温度が作動流体の出口温度に略等しく、位置Ｅ１において作動流体の入口温度が排気ガスの出口温度に略等しいと仮定している。このような図３に示す、基本モデルを、ここでは、上記基本エンタルピーモデル（「基本ファンクション（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）モデル」称してもよい。）と称する。このモデルの作成（ここでは特に設定）は、ＥＣＵ６０の基本エンタルピーモデル作成手段に相当する機能部により実行される。

そして、基本エンタルピーモデルでは、この蒸発器１４での熱交換により排気ガスと作動流体との間で授受される最大熱量Ｑ_ｍａｘを、排気ガスからの熱量（放熱量）Ｑ１と、作動流体への熱量（吸熱量）Ｑ２とのうち小さい方とみなす（設定される）。上記のように等圧変化と仮定し、蒸発器１４における排気ガスの比エンタルピーの（蒸発器の入口と出口間での）変化をΔｈ_ｈｏｔ、それの質量流量をｍ_ｈｏｔとし、蒸発器１４における作動流体の（蒸発器の入口と出口間での）比エンタルピーの変化をΔｈ_ｃｏｌｄ、それの質量流量をｍ_ｃｏｌｄとすると、その設定では、次式（１）の関係が成立する。
Ｑ_ｍａｘ＝ｍｉｎ（ｍ_ｈｏｔ・Δｈ_ｈｏｔ，ｍ_ｃｏｌｄ・Δｈ_ｃｏｌｄ）・・・（１）

基本エンタルピーモデルでは、等圧変化であり、かつ、排気ガスの入口温度が作動流体の出口温度に略等しく、作動流体の入口温度が排気ガスの出口温度に略等しいという仮定があるので、排気ガスの入口温度及び入口圧力、並びに、作動流体の入口温度及び入口圧力を取得して、所定のデータに基づいて所定の演算をすることで、排気ガスの比エンタルピーの変化Δｈ_ｈｏｔ及び作動流体の比エンタルピーの変化Δｈ_ｃｏｌｄは求めることができる。具体的には、排気ガスの比エンタルピーの変化Δｈ_ｈｏｔは、排気ガスの入口温度と、その出口温度（≒作動流体の入口温度）、その入口圧力を上記センサ３４、４２、３８の出力に基づいて取得し、予め記憶するデータ、演算式に基づいて演算することで、ＥＣＵ６０により求められる。また、作動流体の比エンタルピーの変化Δｈ_ｃｏｌｄは、作動流体の入口温度と、その出口温度（≒排気ガスの入口温度）、その入口圧力を上記センサ４２、３４、４６の出力に基づいて取得し、予め記憶するデータ、演算式に基づいて演算することで、ＥＣＵ６０により求められる。また、排気ガスの質量流量ｍ_ｈｏｔは、ここでは、エンジン回転速度センサ３０及びエンジン負荷センサ３２の出力に基づいて予め記憶するデータ、演算式に基づいて演算することで、ＥＣＵ６０により求められるが、排気管２４（排気通路）に流量センサを設けて、その出力に基づいて所定の演算を行うことで推定（取得）されてもよい。更に、ＥＣＵ６０は、作動流体の質量流量ｍ_ｃｏｌｄを流量センサ５２の出力に基づいて所定の演算を行うことで推定（取得）するが、例えば回転速度センサ５０の出力に基づいて予め記憶するデータ、演算式に基づいて演算することで推定（取得）してもよい。なお、排気ガスや作動流体の質量流量を検出するために、質量流量計が用いられてもよい。こうして取得した排気ガスの比エンタルピーの変化Δｈ_ｈｏｔをそれの質量流量ｍ_ｈｏｔに乗じて排気ガスの放熱量Ｑ１を求めることができ、取得した作動流体の比エンタルピーの変化Δｈ_ｃｏｌｄをそれの質量流量ｍ_ｃｏｌｄに乗じて作動流体の吸熱量Ｑ２を求めることができる。上式（１）より、求めた排気ガスの放熱量Ｑ１と、作動流体の吸熱量Ｑ２のうち小さい方の値が、蒸発器１４での熱交換により排気ガスと作動流体との間で授受される最大熱量Ｑ_ｍａｘとされる。

ここで、蒸発器１４における、現実での、排気ガスの温度Ｔ１´と、作動流体の温度Ｔ２´の各変化例を図４に示す。なお、図４は、図３（ａ）に対応付けられていて、その横軸は図３（ｂ）の横軸と同じであり、図３（ｂ）と同じく、蒸発器の両端部（入口部又は出口部）に相当する位置Ｅ１、Ｅ２を有する。上で述べたように、作動流体は、蒸発器１４に入る段階では液相であり、熱を受けることで、気相に変わる。つまり、図４において、作動流体の温度Ｔ２´は、位置Ｅ１で液相の温度Ｆ２ａであり、位置Ｅ２で気相の温度Ｆ２ｂである。それ故、作動流体の温度Ｔ２´の線（図４の破線）は縦軸（温度軸）に略直角に延びる領域（位置Ｐ１、Ｐ２間）を有し、その上で、全体的に見たとき蒸発器１４の入口側（図中左側）から出口側（図中右側）に向けて温度が上昇するように変化する。一方、排気ガスの温度Ｔ１´の線（図４の実線）は、蒸発器１４内で排気ガスは相変化を生じないので、単に、蒸発器１４の入口側（図中右側）から出口側（図中左側）に向けて温度が下降するように変化する。そして、図４から明らかなように、排気ガスの出口温度Ｆ１ｂは作動流体の入口温度Ｆ２ａから離れ、作動流体の出口温度Ｆ２ｂは排気ガスの入口温度Ｆ１ａから離れている。したがって、上記基本エンタルピーモデルを実情により適合させて用いるためには、（エンタルピー（比エンタルピー）は温度の関数であるので、）図４に示すような温度変化に応じて、上記基本エンタルピーモデルを修正（補正）可能にする必要がある。

そこで、ここでは、実験により、蒸発器１４における排気ガスの温度と、作動流体の温度との関係を定め、それに基づいて、上記式（１）の関係を修正可能にする。具体的には、ＥＣＵ６０の温度差データ作成手段に相当する機能部は、蒸発器１４における排気ガスの温度と、作動流体の温度との関係として、温度差データ（好ましくはマップ化されたデータ）を作成（構築）する（図２のステップＳ２０３、つまり温度差データ作成ステップ）。

ＥＣＵ６０の作動制御部に相当する機能部は、所定のプログラム等に従ってエンジン及びポンプの作動条件を種々変更してエンジン２２及びポンプ１２を作動させる。これにより、ＥＣＵ６０の取得部に相当する機能部は、その時々の蒸発器１４に関する種々のデータを上記センサからの出力に基づいて取得する。具体的には、蒸発器に関する種々のデータには、蒸発器１４における、排気ガスの状態量として、その入口温度、出口温度、入口圧力、出口圧力があり、排気ガスの流量があり、作動流体の状態量として、その入口温度、出口温度、入口圧力及び出口圧力があり、作動流体の流量がある。蒸発器に関する種々のデータとしては、それらのうちの任意の２つの以上の組み合わせであるとよいが、基本的には、排気ガスの状態量（特に入口温度）及び作動流体の状態量（特に入口温度）を含む。ＥＣＵ６０は、これらの検出値（取得値）に基づいて、所定のプログラム等に従って、排気ガスの温度と作動流体の温度との温度差データを構築する。この温度差データは電子制御ユニット６０の温度差データ作成手段に相当する機能部によって作成される。なお、ここでの蒸発器に関する種々のデータの取得のために、上で述べたように、蒸発器の前後に種々のセンサを設けている。したがって、作成する温度差データの精密さ又は複雑さなどに応じて、蒸発器前後に設けるセンサの数、種類などを任意に変更可能である。なお、上記説明から理解できるように、上記センサ３４、３６、３８、４０はそれぞれ第１流体である排気ガスの状態量を検出するための第１流体状態量検出手段に相当し、上記センサ４２、４４、４６、４８はそれぞれ第２流体である作動流体の状態量を検出するための第２流体状態量検出手段に相当する。また、エンジン回転速度センサ３０及びエンジン負荷センサ３２は第１流体である排気ガスの流量を検出するための第１流体流量検出手段に相当し、流量センサ５２は第２流体である作動流体の流量を検出するための第２流体流量検出手段に相当する。

温度差データとしては、本実施形態では、作動流体の入口温度と排気ガスの出口温度とを関係付けた排気ガス出口温度差データ（第１温度差データ）と、排気ガスの入口温度と作動流体の出口温度とを関係付けた作動流体出口温度差データ（第２温度差データ）があるが、いずれか一方であってもよい。このように、ここでは、温度差データは蒸発器の端部又は出入口部の温度差データである。例えば、作動流体の出口温度差データ（排気ガスの入口温度と作動流体の出口温度との差についてのデータ）は、排気ガスの入口温度、排気ガスの流量、作動流体の入口温度及び入口圧力で検索可能に作成されるマップ化されたデータであり得る。なお、より正確に作動流体の出口温度差を定めることを望む場合、作動流体の出口温度差データは、更に、作動流体の出口圧力を考慮して定められるとよい。上記基本エンタルピーモデルは等圧変化を前提にしているからである。

そして、ＥＣＵ６０における、関連付け手段に相当する機能部は、上記した温度差データを上記基本エンタルピーモデルに関連付ける（図２のステップＳ２０５、つまり関連付けステップ）。この関連付けは、後述するように温度差データに基づいて取得された温度差を、基本エンタルピーモデルの修正又は補正に活用できるようにすることを意味する。これにより、蒸発器１４（を有する系）のモデル化（「数式モデル化」と称してもよい。）が図られる。

このようにして蒸発器１４のモデルが構築されると、例えば、この構築したモデルをコンピュータシミュレーションに適用することができる。例えば、コンピュータシミュレーションを実行するコンピュータにおける、出口温度推定部に相当する機能部は、上記基本エンタルピーモデルに、上記のごとく作成した温度差データを適用することで、排気ガスの出口温度や作動流体の出口温度を容易かつ的確に推定することができる。

更に、このようにして求めた排気ガスの出口温度や作動流体の出口温度を、上記式（１）での排気ガスの比エンタルピーの変化Δｈ_ｈｏｔや作動流体の比エンタルピーの変化Δｈ_ｃｏｌｄの演算に適用することで、最大熱量Ｑ_ｍａｘをより精度よく推定することができる。この演算は、コンピュータにおける、熱量推定部に相当する機能部により行われる。

以上、上記記載から明らかなように、上記実施形態によれば、蒸発器１４の形状に制約を受けることなく、また、蒸発器での熱交換する流体の相変化の有無にかかわらず、蒸発器１４のモデル化を図ることができる。そして、このモデル化方法は、同様に、異なる熱交換器のモデル化に適用することができる。

更に、そのモデル化方法により構築されたモデルを活用することで、蒸発器で排気ガス（第１流体）と作動流体（第２流体）との間で授受される最大熱量、作動流体の出口温度、又は排気ガスの出口温度をより正確に推定することができる。これは、上で述べたように、実験（単体試験）により定めた温度差データを用いて基本エンタルピーモデルを修正又は補正することができるからである。

以上、本発明の一実施形態に係るモデル化システムＳでの蒸発器１４のモデル化等について説明したが、そのモデル化の対象となる熱交換器は、ランキンサイクルシステムの蒸発器に限定されない。例えば、冷源からの第１流体との熱交換により、第２流体が気相から液相に変化するような熱交換器のモデル化に本発明が適用されてもよい。すなわち、本発明における第１流体の冷熱源は、熱源であることに限定されず、冷源であってもよい。更に、上記実施形態では、エンジンの排気ガスを第１流体としたが、エンジンの冷却水、燃料電池システムの排気ガス又は冷却水、モータの冷却水などを第１流体としてもよい。また、上記実施形態では、熱交換器で熱交換する２つの流体のうちの一方の流体（作動流体）のみが相変化を生じたが、２つの流体がそれぞれ相変化を生じるような熱交換器のモデル化に本発明を適用することも可能である。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は種々の変更が可能である。本願の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、種々の置換、変更が可能である。

１動力回収装置
１０ランキンサイクルシステム
１２ポンプ
１２ａモータ
１２ｂ駆動軸
１４蒸発器
１６膨張器
１８凝縮器
２０環状通路
２２エンジン
２４排気管
２６発電機
３０エンジン回転速度センサ
３２エンジン負荷センサ
３４第１排気温度センサ
３６第２排気温度センサ
３８第１排気圧力センサ
４０第２排気圧力センサ
４２第１作動流体温度センサ
４４第２作動流体温度センサ
４６第１作動流体圧力センサ
４８第２作動流体圧力センサ
５０回転速度センサ
５２流量センサ

Claims

冷熱源からの第１流体と該第１流体との熱交換により相変化を生じる第２流体とが流れる対向流型熱交換器のモデル化システムであって、
前記対向流型熱交換器での前記第１流体の入口温度と前記対向流型熱交換器での前記第２流体の出口温度とが等しくなるように対応関係付けるとともに、前記対向流型熱交換器での前記第２流体の入口温度と前記対向流型熱交換器での前記第１流体の出口温度とが等しくなるように対応関係付けて、基本エンタルピーモデルを作成する基本エンタルピーモデル作成手段と、
取得した前記第１流体の状態量と取得した前記第２流体の状態量とに基づいて、前記対向流型熱交換器での前記第２流体の入口温度と前記第１流体の出口温度との差である第１温度差データと、前記対向流型熱交換器での前記第１流体の入口温度と前記第２流体の出口温度との差である第２温度差データとを作成する温度差データ作成手段と、
前記対向流型熱交換器のモデル化を図るように、前記第１温度差データ及び前記第２温度差データを用いて前記基本エンタルピーモデルを修正又は補正する関連付け手段と
を備えた、対向流型熱交換器のモデル化システム。
前記温度差データ作成手段は、取得した前記第１流体の流量及び取得した前記第２流体の流量に基づいて、前記第１温度差データ及び前記第２温度差データを作成する、請求項１に記載の対向流型熱交換器のモデル化システム。
冷熱源からの第１流体と該第１流体との熱交換により相変化を生じる第２流体とが流れる対向流型熱交換器のモデル化方法であって、
前記対向流型熱交換器での前記第１流体の入口温度と前記対向流型熱交換器での前記第２流体の出口温度とが等しくなるように対応関係付けるとともに、前記対向流型熱交換器での前記第２流体の入口温度と前記対向流型熱交換器での前記第１流体の出口温度とが等しくなるように対応関係付けて、基本エンタルピーモデルを作成する基本エンタルピーモデル作成ステップと、
取得した前記第１流体の状態量と取得した前記第２流体の状態量とに基づいて、前記対向流型熱交換器での前記第２流体の入口温度と前記第１流体の出口温度との差である第１温度差データと、前記対向流型熱交換器での前記第１流体の入口温度と前記第２流体の出口温度との差である第２温度差データとを作成する温度差データ作成ステップと、
前記対向流型熱交換器のモデル化を図るように、前記第１温度差データ及び前記第２温度差データを用いて前記基本エンタルピーモデルを修正又は補正する関連付けステップと
を含む、対向流型熱交換器のモデル化方法。
前記温度差データ作成ステップでは、取得した前記第１流体の流量及び取得した前記第２流体の流量に基づいて、前記第１温度差データ及び前記第２温度差データを作成する、請求項３に記載の対向流型熱交換器のモデル化方法。