JP7147642B2 - Rankine cycle system and its control method - Google Patents
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Description
本開示は、ランキンサイクルシステム及びその制御方法に関する。 The present disclosure relates to Rankine cycle systems and control methods thereof.
内燃機関の廃熱を移送する熱源流体と熱交換した作動流体を膨張器により膨張させて機械的エネルギーを回収する車両用廃熱利用装置(車両のランキンサイクルシステム)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 A waste heat utilization device for a vehicle (Rankine cycle system for a vehicle) has been proposed (for example, See Patent Document 1).
ところで、車両のランキンサイクルシステムでは、膨張器(タービン)の出口が作動流体用の流路を構成する配管を介して凝縮器(コンデンサ)の入口に接続されているが、設置レイアウトの関係上、凝縮器の入口が膨張器の出口より高い位置に配置される場合がある。 By the way, in the Rankine cycle system of a vehicle, the outlet of the expander (turbine) is connected to the inlet of the condenser (condenser) via a pipe that constitutes the flow path for the working fluid. The condenser inlet may be positioned higher than the expander outlet.
この場合、凝縮器の入口と膨張器の出口を接続する配管で液体状態となった作動流体(凝縮液)が重力により膨張器側に逆流して膨張器の出力を低下させる虞がある。したがって、この配管内に貯留された凝縮液の量によっては凝縮液を処理する制御を行う必要があるが、そのためには先ずこの貯留された凝縮液の量を推定する必要がある。 In this case, there is a risk that the working fluid (condensate) in a liquid state in the pipe connecting the inlet of the condenser and the outlet of the expander will flow back to the expander side due to gravity, thereby reducing the output of the expander. Therefore, depending on the amount of condensate stored in this pipe, it is necessary to control the treatment of the condensate, and for this purpose, it is first necessary to estimate the amount of this stored condensate.
本開示は、膨張器の出口と凝縮器の入口の間の流路に貯留される凝縮液の量を高精度で推定することができるランキンサイクルシステム及びその制御方法を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a Rankine cycle system capable of estimating with high accuracy the amount of condensate stored in a flow path between the outlet of an expander and the inlet of a condenser, and a control method thereof.
上記の目的を達成するための本発明の態様のランキンサイクルシステムは、作動流体を循環させる流路と、前記流路に配置されて作動流体を膨張させる膨張器と、前記膨張器より下流側の前記流路に配置されるとともにその入口が前記膨張器の出口より高い位置に配置されて作動流体を凝縮させる凝縮器と、を備えて構成されるランキンサイクルシステムにおいて、前記膨張器の出口と前記凝縮器の入口の間の前記流路である第1流路に配置された圧力取得装置と、前記第1流路に関して、前記膨張器から前記凝縮器に向かって上り勾配に形成された区間に各々の間隔をあけて複数配置された温度取得装置と、前記ランキンサイクルシステムのパラメータを演算し、制御する演算制御装置と、を備えて、前記演算制御装置が、前記圧力取得装置の取得値と複数の前記温度取得装置の取得値とに基づいて、各々の前記温度取得装置の設置位置での作動流体の過熱度を算出して、この算出した作動流体の過熱度に基づいて各々の前記温度取得装置の設置位置での作動流体の相状態を推定するとともに、この推定した作動流体の相状態が液体状態である前記温度取得装置の設置位置と気体状態である前記温度取得装置の設置位置とが両端となる区間に前記第1流路に貯留された液体状態の作動流体の液面があると推定する制御を行うように構成される。 A Rankine cycle system according to an aspect of the present invention for achieving the above object comprises a flow path for circulating a working fluid, an expander disposed in the flow path for expanding the working fluid, and a downstream side of the expander. a condenser that is arranged in the flow path and whose inlet is arranged at a position higher than the outlet of the expander to condense the working fluid, wherein the outlet of the expander and the a pressure acquisition device disposed in a first flow path, which is the flow path between inlets of the condenser; A plurality of temperature acquisition devices are arranged at intervals from each other, and an arithmetic and control device for calculating and controlling parameters of the Rankine cycle system, wherein the arithmetic and control device calculates the obtained value of the pressure acquisition device and Based on the acquired values of the plurality of temperature acquisition devices, the degree of superheat of the working fluid at the installation position of each of the temperature acquisition devices is calculated, and each of the temperatures is calculated based on the calculated degree of superheat of the working fluid. estimating the phase state of the working fluid at the installation position of the acquisition device, and the installation position of the temperature acquisition device where the estimated phase state of the working fluid is a liquid state and the installation position of the temperature acquisition device where the phase state is a gas state; is configured to perform control for estimating that the liquid level of the working fluid in the liquid state stored in the first flow path is present in the section at both ends.
また、上記の目的を達成するための本発明の態様のランキンサイクルシステムの制御方法は、作動流体を循環させる流路と、前記流路に配置されて作動流体を膨張させる膨張器と、前記膨張器より下流側の前記流路に配置されるとともにその入口が前記膨張器の出口より高い位置に配置されて作動流体を凝縮させる凝縮器と、前記膨張器の出口と前記凝縮器の入口の間の前記流路である第1流路に配置された圧力取得装置と、前記第1流路に関して、前記膨張器から前記凝縮器に向かって上り勾配に形成された区間に各々の間隔をあけて複数配置された温度取得装置と、を備えて構成されるランキンサイクルシステムの制御方法において、前記圧力取得装置により前記第1流路を通過する作動流体の圧力を取得するとともに、複数の前記温度取得装置によりその各々の設置位置での前記第1流路を通過する作動流体の温度を取得する第1ステップと、前記第1ステップで取得した作動流体の圧力と複数の前記温度取得装置の各々の設置位置での作動流体の温度とに基づいて、各々の前記温度取得装置の設置位置での作動流体の過熱度を算出する第2ステップと、前記第2ステップで算出した作動流体の過熱度に基づいて、各々の前記温度取得装置の設置位置での作動流体の相状態を推定する第3ステップと、前記第3ステップで作動流体の相状態が液体状態であると推定した前記温度取得装置の設置位置と気体状態であると推定した前記温度取得装置の設置位置とが両端となる区間に前記第1流路に貯留された液体状態の作動流体の液面があると推定する第4ステップと、を有することを特徴とする方法である。 Further, a method for controlling a Rankine cycle system according to an aspect of the present invention for achieving the above object comprises a flow path for circulating a working fluid, an expander arranged in the flow path for expanding the working fluid, and a condenser arranged in the flow path downstream from the device and having an inlet higher than the outlet of the expander to condense the working fluid; and between the outlet of the expander and the inlet of the condenser. and a pressure acquisition device disposed in a first flow path, which is the flow path of the first flow path, and is spaced from each other in a section formed upwardly from the expander toward the condenser with respect to the first flow path. A method for controlling a Rankine cycle system comprising a plurality of temperature acquisition devices, wherein the pressure of the working fluid passing through the first flow path is acquired by the pressure acquisition device, and the plurality of temperature acquisition devices are arranged. A first step of acquiring the temperature of the working fluid passing through the first flow path at each installation position thereof by a device, and the pressure of the working fluid acquired in the first step and each of the plurality of temperature acquisition devices a second step of calculating the degree of superheat of the working fluid at the installation position of each temperature acquisition device based on the temperature of the working fluid at the installation position; a third step of estimating the phase state of the working fluid at the installation position of each temperature acquisition device based on the temperature acquisition device; a fourth step of estimating that there is a liquid level of the working fluid in a liquid state stored in the first flow path in a section where both ends are the installation position and the installation position of the temperature acquisition device estimated to be in the gas state; is a method characterized by comprising:
本開示によれば、膨張器の出口と凝縮器の入口の間の流路に貯留される凝縮液の量を高精度で推定することができる。 According to the present disclosure, the amount of condensate stored in the flow path between the outlet of the expander and the inlet of the condenser can be estimated with high accuracy.
以下、本開示のランキンサイクルシステムについて、図面を参照しながら説明する。図1に例示するように、本実施形態のランキンサイクルシステム1は、作動流体用の流路(流路)2に、タンク3と、ポンプ(循環装置)4と、蒸発器5と、膨張器6と、凝縮器7と、を備えて構成されるシステムである。
The Rankine cycle system of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. As illustrated in FIG. 1, the Rankine cycle system 1 of the present embodiment includes a working fluid flow path (flow path) 2, a
作動流体用の流路2は、作動流体Wを循環させる閉流路である。タンク3は、作動流体用の流路2に配置されて作動流体Wを貯留する。ポンプ4は、タンク3より下流側の作動流体用の流路2に配置されて、作動流体Wを圧送することで作動流体用の流路2に作動流体Wを循環させる。
The working
蒸発器5は、ポンプ4より下流側の作動流体用の流路2に配置されて、エンジン(内燃機関)の排気Gと熱交換することで作動流体Wを加熱及び蒸発させる。膨張器6は、蒸発器5より下流側の作動流体用の流路2に配置されて作動流体Wを膨張させる。膨張器6の出力軸6aには断接装置(クラッチ等)を介して駆動装置(エンジンやモータ等)が接続されており、断接装置の接続時に作動流体Wの膨張により出力軸6aに発生した動力が駆動装置に伝達される。
The
凝縮器7は、膨張器6より下流側の作動流体用の流路2に配置されて作動流体Wを凝縮させる。凝縮器7の入口7aは膨張器6の出口6bより高い位置に配置されている。本実施形態では、膨張器6の出口6bと凝縮器7の入口7aの間の流路を第1流路2aと称す。凝縮器7の出口7bはタンク3の入口3aより高い位置に配置されている。
The
図1、図2に例示するように、第1流路2aに関して、その少なくとも一部の流路は膨張器6から凝縮器7に向かって上り勾配に形成されている。本実施形態では、この上り勾配に形成されている流路を区間2bと称す。区間2bには、第1流路2aで気体状態から液体状態に遷移した作動流体(凝縮液)WLが貯留される。貯留される凝縮液WLの量が多くなるにつれて、凝縮液WLの液面LSは高くなる。区間2bは、凝縮液WLと気体状態の作動流体Wが熱交換可能な程度に接触可能なように構成される。区間2bは、凝縮液WLが比較的発生しやすい箇所に設けることが好ましく、例えば、第1流路2aに関してその中央位置から膨張器6側の流路に設けることが好ましい。凝縮液WLは、第1流路2aに関して膨張器6の出口6bに近くなるにつれて発生しやすい。
As illustrated in FIGS. 1 and 2 , at least part of the
本実施形態の区間2bは、膨張器6の出口6bより鉛直下方に延在する流路の最下部の位置(位置B1)から、この最下部の位置より凝縮器7の入口7a側に配置されるとともに膨張器6の出口6bより高く、かつ、凝縮器7の入口7aより低い位置(位置B5)までの間に形成される上り勾配の流路である。凝縮液WLは、膨張器6の出口6bから位置B1までの流路と区間2bに貯留されていく。貯留される凝縮液WLの量が多くなるにつれて、区間2bにおける凝縮液WLの液面LSは位置B1を最下位置として上方に向かって高くなる。同様に、膨張器6の出口6bから位置B1までの流路における凝縮液WLの液面も区間2bにおける凝縮液WLの液面LSと同じ高さ位置を維持しながら高くなる。
The
図2に例示するように、第1流路2aには、第1流路2aを通過する作動流体Wの圧力を取得する圧力センサ(圧力取得装置)8が配置されている。圧力センサ8の配置位置は、第1流路2a内では作動流体Wの圧力は殆ど変化しないため、凝縮液WLが発生する虞のない第1流路2a内の位置であればよい。本実施形態では、圧力センサ8は区間2bより凝縮器7の入口7a側の第1流路2aにおける位置A1に配置している。
As illustrated in FIG. 2, a pressure sensor (pressure acquisition device) 8 that acquires the pressure of the working fluid W passing through the
第1流路2aの区間2bには複数(本実施形態では5個)の温度センサ(温度取得装置)9(9a~9e)が各々の間隔をあけて配置されている。温度センサ9aは位置B1に、温度センサ9bは位置B2に、温度センサ9cは位置B3に、温度センサ9dは位置B4に、温度センサ9eは位置B5に配置される。温度センサ9は、凝縮液WLが貯留される虞のある位置に少なくとも1つ、凝縮液WLが貯留される虞のない位置に少なくとも1つ配置されていればよく、その設置個数は特に限定されない。
A plurality of (five in this embodiment) temperature sensors (temperature acquisition devices) 9 (9a to 9e) are arranged at intervals in the
位置B1、B2、B3は、膨張器6の出口6bより低い位置に設定される。これらの位置B1~B3に凝縮液WLの液面LSがあっても凝縮液WLは膨張器6に逆流して流入しない。位置B4、B5は、膨張器6の出口6bより高い位置に設定される。これらの位置B4、B5に凝縮液WLの液面LSがあると凝縮液WLは膨張器6に逆流して流入する。位置B1、B2、B3、B4、B5の順に、膨張器6の出口6bに近い位置となり(凝縮器7の入口7aから遠い位置となり)、かつ、低い位置となる。
Positions B1, B2 and B3 are set at positions lower than the
本実施形態のランキンサイクルシステム1には、このランキンサイクルシステム1のパラメータ(作動流体Wの過熱度や液面等)を演算し、制御する演算制御装置10が備わる。演算制御装置10は、各種情報処理を行うCPU(Central Processing Unit)、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウエアである。演算制御装置10には、圧力センサ8、温度センサ9、ポンプ4等の各種装置が電気的に接続される。
The Rankine cycle system 1 of the present embodiment is provided with an
本実施形態のランキンサイクルシステム1では、演算制御装置10が、圧力センサ8の取得値Pと複数の温度センサ9の取得値T(Ta、Tb、Tc、Td、Te)とに基づいて、各々の温度センサ9の設置位置B1~B5での作動流体Wの過熱度を算出する。過熱度とは、作動流体Wの飽和温度よりも高温の過熱状態となった作動流体Wの温度と飽和温度との差である。
In the Rankine cycle system 1 of the present embodiment, the arithmetic and
そして、演算制御装置10が、この算出した作動流体Wの過熱度に基づいて各々の温度センサ9の設置位置B1~B5での作動流体Wの相状態(気体状態または液体状態)を推定する。言い換えれば、演算制御装置10が、温度センサ9の取得値Tが予め設定された設定温度T1以上である場合には、その温度センサ9の設置位置での作動流体Wの相状態は気体状態であると判定し、設定温度T1未満である場合には液体状態であると推定する。設定温度T1は、作動流体Wの圧力Pに応じて変化する値で、作動流体Wの相状態が気体状態または液体状態のいずれかであることを推定可能な指標として実験等により予め設定される温度である。
Then, the arithmetic and
本実施形態では、演算制御装置10は、位置B1の作動流体Wの温度Ta、位置B2の作動流体Wの温度Tb、位置B3の作動流体Wの温度Tcが設定温度T1未満であるため、位置B1~B3での作動流体Wは液体状態であると推定する。一方、演算制御装置10は、位置B4の作動流体Wの温度Td、位置B5の作動流体Wの温度Teが設定温度T1以上であるため、位置B4、B5での作動流体Wは気体状態であると推定する。
In this embodiment, since the temperature Ta of the working fluid W at the position B1, the temperature Tb of the working fluid W at the position B2, and the temperature Tc of the working fluid W at the position B3 are less than the set temperature T1, the arithmetic and
演算制御装置10は、この推定した作動流体Wの相状態が液体状態である温度センサ9の設置位置と気体状態である温度センサ9の設置位置とが両端となる区間に第1流路2aに貯留された凝縮液WLの液面LSがあると推定する制御を行うように構成される。本実施形態では、この両端となる区間は、作動流体Wの相状態が液体状態である温度センサ9cの設置位置B3と作動流体Wの相状態が気体状態である温度センサ9dの設置位置B4の間の区間である。
The arithmetic and
演算制御装置10は、凝縮液WLの液面LSがある区間(位置B3と位置B4の間の区間)が区間2bの一部で実験等により予め設定された設定区間より上方の位置にある場合に、作動流体用の流路2を通過する作動流体Wの流量を通常の制御時の流量より低減されるようにポンプ4の出力を低下させる制御を行うように構成される。このポンプ4の出力を低下させる制御はエンジンの運転状態に依らずに行う。設定区間は、この区間に凝縮液WLの液面LSがある限りは凝縮液WLが膨張器6に逆流して流入しないように設定される区間である。本実施形態では、設定区間は、位置B1~B3の区間である。ポンプ4の通常の制御時の作動流体Wの流量は、蒸発器5を通過する排気Gの温度及び流量に基づいて設定される。
このようにポンプ4の出力を低下させて作動流体Wの流量を低減させることで、蒸発器5で作動流体Wと排気Gとが熱交換する時間を長くして、作動流体用の流路2aを通過する作動流体Wの温度Tを設定温度T1以上に昇温させる。設定温度T1は、第1流路2aに貯留された凝縮液WLを蒸発可能な温度として実験等により予め設定される温度である。第1流路2aは凝縮液WLと気体状態の作動流体Wが熱交換可能な程度に接触可能なように構成されているため、設定温度T1以上の温度Tである作動流体Wが第1流路2aを通過することで、第1流路2aに貯留された凝縮液WLは気体状態の作動流体Wと熱交換して蒸発する。
By reducing the flow rate of the working fluid W by reducing the output of the
このポンプ4の出力を低下させる制御は、少なくとも凝縮液WLの液面LSが設定区間に収まるまで行う。本実施形態では、このポンプ4の出力を低下させる制御を凝縮液WLの液面LSが位置B1~B3の区間に収まるまで行う。なお、演算制御装置10が、このポンプ4の出力を低下させる制御を、全ての作動流体Wの温度の計測位置(本実施形態ではB1~B5)における作動流体Wの相状態が気体状態であると判定するまで行うように構成してもよい。この場合は、第1流路2aに貯留された凝縮液WLがほとんど存在しない状態となるので、凝縮液WLの逆流による膨張器6の出力低下を大幅に抑制することができる。
This control for reducing the output of the
演算制御装置10が、凝縮液WLの液面LSが位置B4~B5の区間にあると推定する場合には、凝縮液WLが膨張器6に逆流して流入しており、膨張器6の出力を低下させている。この場合には、演算制御装置10が、凝縮液WLの液面LSが位置B3~B4の区間にある場合よりもポンプ4の出力をより一層低下させる制御を行って作動流体Wの温度をさらに昇温させることが好ましい。このようにすることで、凝縮液WLの蒸発がさらに促進されるので、膨張器6の出力低下を抑制することができる。
When the arithmetic and
本実施形態のランキンサイクルシステム1を基にした制御フローについて、言い換えれば、ランキンサイクルシステムの制御方法について、その一例を制御フローの形で図3を参照しながら説明する。図3に示す制御フローは、エンジンが運転状態であるときに周期的に行われる制御フローである。 A control flow based on the Rankine cycle system 1 of the present embodiment, in other words, a control method of the Rankine cycle system, will be described with reference to FIG. 3 in the form of a control flow. The control flow shown in FIG. 3 is a control flow that is periodically performed when the engine is in operation.
図3に示す制御フローがスタートすると、ステップS10(第1ステップ)にて、圧力センサ8により第1流路2aを通過する作動流体Wの圧力Pを取得するとともに、複数の温度センサ9によりその各々の設置位置B1~B5での第1流路2aを通過する作動流体Wの温度Tを取得する。ステップS10を実施後、ステップS20に進む。
When the control flow shown in FIG. 3 starts, in step S10 (first step), the pressure sensor 8 acquires the pressure P of the working fluid W passing through the
ステップS20(第2ステップ)にて、ステップS10で取得した作動流体Wの圧力Pと複数の温度センサ9の各々の設置位置B1~B5での作動流体Wの温度Tとに基づいて、各々の温度センサ9の設置位置B1~B5での作動流体Wの過熱度を算出する。ステップS20を実施後、ステップS30を実施する。 In step S20 (second step), each The degrees of superheat of the working fluid W at the installation positions B1 to B5 of the temperature sensors 9 are calculated. After performing step S20, step S30 is performed.
ステップS30(第3ステップ)にて、ステップS20で算出した過熱度に基づいて、各々の温度センサ9の設置位置B1~B5での作動流体Wの相状態を推定する。ステップS30を実施後、ステップS40に進む。 In step S30 (third step), the phase states of the working fluid W at the installation positions B1 to B5 of the temperature sensors 9 are estimated based on the degrees of superheat calculated in step S20. After performing step S30, the process proceeds to step S40.
ステップS40(第4ステップ)にて、ステップS30で作動流体Wの相状態が液体状態であると推定した温度センサ9の設置位置B3と気体状態であると推定した温度センサ9の設置位置B4とが両端となる区間に第1流路2aに貯留された凝縮液WLの液面LSがあると推定する。ステップS40を実施後、ステップS50に進む。
In step S40 (fourth step), the installation position B3 of the temperature sensor 9 where the phase state of the working fluid W was estimated to be in the liquid state in step S30 and the installation position B4 of the temperature sensor 9 in which the phase state was estimated to be in the gaseous state. It is estimated that there is a liquid surface LS of the condensate WL stored in the
ステップS50にて、ステップS40で推定した凝縮液WLの液面LSがある区間が設定区間より上方の位置にあるか否かを判定する(第1区間判定)。凝縮液WLの液面LSがある区間が設定区間より上方の位置にある場合(YES)には、ステップS60に進む。凝縮液WLの液面LSがある区間が設定区間より上方の位置にない場合(NO)には、ステップS70に進む。 In step S50, it is determined whether or not the section in which the liquid level LS of the condensate WL estimated in step S40 is located above the set section (first section determination). If the section with the liquid level LS of the condensate WL is located above the set section (YES), the process proceeds to step S60. If the section with the liquid level LS of the condensate WL is not located above the set section (NO), the process proceeds to step S70.
ステップS60にて、第1流路2aを通過する作動流体Wの流量が通常の制御時の流量より低減されるようにポンプ4の出力を低下させる制御を行う。このように制御することで、第1流路2aを通過する作動流体Wの温度Tを設定温度T1以上に昇温させて、第1流路2aに貯留した凝縮液WLを蒸発させる。ステップS60を実施後、ステップS10に戻る。
In step S60, control is performed to reduce the output of the
ステップS70にて、ポンプ4の出力が通常の制御時の出力より低下しているか否かを判定する。言い換えれば、ステップS60を通過しているか否かを判定する。ポンプ4の出力が通常の制御時の出力より低下している場合(YES)には、ステップS80に進む。ポンプ4の出力が通常の制御時の出力より低下していない場合(NO)には、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
In step S70, it is determined whether or not the output of the
ステップS80にて、ステップS40で推定した凝縮液WLの液面LSがある区間が設定区間の一部で比較的下方の区間として予め設定された第2設定区間にあるか否かを判定する(第2区間判定)。第2設定区間は、ポンプ4の出力を低下させる制御の終了時点から次回のポンプ4の出力を低下させる制御の開始時点までの時間をポンプ4の耐久性に影響を与えない程度の時間とすることが可能な区間である。本実施形態では、第2設定区間は位置B1と位置B2の間の区間である。凝縮液WLの液面LSがある区間が第2設定区間にある場合(YES)には、ステップS90に進む。凝縮液WLの液面LSがある区間が第2設定区間にない場合(NO)には、ステップS10に戻る。
In step S80, it is determined whether or not the section in which the liquid level LS of the condensate WL is estimated in step S40 is in a second set section that is a part of the set section and is set in advance as a relatively lower section ( second section judgment). The second set section is a period from the end of the control to reduce the output of the
なお、ステップS80の判定は、全ての作動流体Wの温度の計測位置(本実施形態ではB1~B5)における作動流体Wの相状態が気体状態となったか否かの判定で代用してもよい。全ての作動流体Wの温度の計測位置における作動流体Wの相状態が気体状態である場合(YES)には、ステップS90に進む。作動流体Wの相状態が気体状態でない温度の計測位置がある場合(NO)には、ステップS10に戻る。 The determination in step S80 may be substituted by determination of whether or not the phase state of the working fluid W at all the temperature measurement positions (B1 to B5 in this embodiment) has become a gaseous state. . If the phase state of the working fluid W at all the temperature measurement positions of the working fluid W is gaseous (YES), the process proceeds to step S90. If there is a temperature measurement position where the phase state of the working fluid W is not a gaseous state (NO), the process returns to step S10.
ステップS90にて、ポンプ4の出力を通常の制御時の出力に戻す。ステップS90を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
In step S90, the output of the
以上により、本実施形態のランキンサイクルシステム1及びその制御方法によれば、膨張器6の出口6bと凝縮器7の入口7aの間の第1流路2aに貯留される凝縮液WLの量を高精度で推定することができる。
As described above, according to the Rankine cycle system 1 of the present embodiment and the control method thereof, the amount of the condensate WL stored in the
1 ランキンサイクルシステム
2 作動流体用の流路
2a 第1流路
2b 第1流路の上り勾配の区間
3 タンク
3a タンクの入口
4 ポンプ
5 蒸発器
6 膨張器
6a 出力軸
6b 膨張器の出口
7 凝縮器
7a 凝縮器の入口
7b 凝縮器の出口
8 圧力センサ(圧力取得装置)
9、9a、9b、9c、9d、9e 温度センサ(温度取得装置)
10 演算制御装置
WL 凝縮液
LS 凝縮液の液面
1
9, 9a, 9b, 9c, 9d, 9e temperature sensor (temperature acquisition device)
10 Arithmetic control device WL Condensed liquid LS Condensed liquid level
Claims (3)
前記膨張器の出口と前記凝縮器の入口の間の前記流路である第1流路に配置された圧力取得装置と、
前記第1流路に関して、前記膨張器から前記凝縮器に向かって上り勾配に形成された区間に各々の間隔をあけて複数配置された温度取得装置と、
前記ランキンサイクルシステムのパラメータを演算し、制御する演算制御装置と、を備えて、
前記演算制御装置が、
前記圧力取得装置の取得値と複数の前記温度取得装置の取得値とに基づいて、各々の前記温度取得装置の設置位置での作動流体の過熱度を算出して、この算出した作動流体の過熱度に基づいて各々の前記温度取得装置の設置位置での作動流体の相状態を推定するとともに、この推定した作動流体の相状態が液体状態である前記温度取得装置の設置位置と気体状態である前記温度取得装置の設置位置とが両端となる区間に前記第1流路に貯留された液体状態の作動流体の液面があると推定する制御を行うように構成されるランキンサイクルシステム。 a channel for circulating a working fluid; an expander arranged in the channel to expand the working fluid; a condenser positioned at a position to condense the working fluid, in a Rankine cycle system comprising:
a pressure acquisition device positioned in the first flow path between the expander outlet and the condenser inlet;
a plurality of temperature acquisition devices arranged at intervals in a section formed with an upward gradient from the expander toward the condenser with respect to the first flow path;
An arithmetic control device that calculates and controls the parameters of the Rankine cycle system,
The arithmetic and control device is
Based on the acquired value of the pressure acquisition device and the acquired values of the plurality of temperature acquisition devices, the degree of superheat of the working fluid at the installation position of each of the temperature acquisition devices is calculated, and the calculated superheat of the working fluid is calculated. estimating the phase state of the working fluid at the installation position of each temperature acquisition device based on the temperature, and the estimated phase state of the working fluid is the installation position of the temperature acquisition device in which the liquid state and the gas state are A Rankine cycle system configured to perform control for estimating that there is a liquid level of the liquid state working fluid stored in the first flow path in a section having both ends at an installation position of the temperature acquisition device.
前記演算制御装置が、
前記液体状態の作動流体の液面がある区間が前記上り勾配に形成された区間の一部で予め設定された設定区間より上方の位置にある場合に、前記流路を通過する作動流体の流量が通常の制御時の流量より低減されるように前記循環装置の出力を低下させることで、前記流路を通過する作動流体の温度を前記第1流路に貯留された液体状態の作動流体を蒸発可能な温度として予め設定された設定温度以上に昇温させる制御を行うように構成される請求項1に記載のランキンサイクルシステム。 A circulation device for circulating the working fluid is provided in the flow path,
The arithmetic and control device is
a flow rate of the working fluid passing through the flow path when the section where the liquid level of the working fluid in the liquid state is present is located above a predetermined set section in a part of the section formed with an upward slope; By reducing the output of the circulation device so that the flow rate is lower than the flow rate during normal control, the temperature of the working fluid passing through the flow path is reduced to that of the liquid state working fluid stored in the first flow path. 2. The Rankine cycle system according to claim 1, which is configured to perform control to raise the temperature above a set temperature preset as a temperature at which evaporation is possible.
前記圧力取得装置により前記第1流路を通過する作動流体の圧力を取得するとともに、複数の前記温度取得装置によりその各々の設置位置での前記第1流路を通過する作動流体の温度を取得する第1ステップと、
前記第1ステップで取得した作動流体の圧力と複数の前記温度取得装置の各々の設置位置での作動流体の温度とに基づいて、各々の前記温度取得装置の設置位置での作動流体の過熱度を算出する第2ステップと、
前記第2ステップで算出した作動流体の過熱度に基づいて、各々の前記温度取得装置の設置位置での作動流体の相状態を推定する第3ステップと、
前記第3ステップで作動流体の相状態が液体状態であると推定した前記温度取得装置の設置位置と気体状態であると推定した前記温度取得装置の設置位置とが両端となる区間に前記第1流路に貯留された液体状態の作動流体の液面があると推定する第4ステップと、
を有することを特徴とするランキンサイクルシステムの制御方法。 a channel for circulating a working fluid; an expander arranged in the channel to expand the working fluid; a condenser positioned at a position to condense a working fluid; a pressure acquisition device positioned in the first flow path, which is the flow path between the expander outlet and the condenser inlet; A method of controlling a Rankine cycle system comprising:
The pressure acquisition device acquires the pressure of the working fluid passing through the first flow path, and the plurality of temperature acquisition devices acquire the temperature of the working fluid passing through the first flow path at each installation position. a first step to
degree of superheat of the working fluid at the installation position of each of the temperature acquisition devices, based on the pressure of the working fluid acquired in the first step and the temperature of the working fluid at each installation position of the plurality of temperature acquisition devices; a second step of calculating
a third step of estimating the phase state of the working fluid at the installation position of each of the temperature acquisition devices based on the degree of superheat of the working fluid calculated in the second step;
In the section where the installation position of the temperature acquisition device where the phase state of the working fluid is estimated to be in the liquid state and the installation position of the temperature acquisition device where the phase state of the working fluid is estimated to be in the gaseous state in the third step, the first a fourth step of estimating that there is a liquid level of the liquid state working fluid stored in the channel;
A control method for a Rankine cycle system, comprising:
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