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JP2006329149A - Heat transportation device and its control method - Google Patents

Heat transportation device and its control method Download PDF

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JP2006329149A
JP2006329149A JP2005157202A JP2005157202A JP2006329149A JP 2006329149 A JP2006329149 A JP 2006329149A JP 2005157202 A JP2005157202 A JP 2005157202A JP 2005157202 A JP2005157202 A JP 2005157202A JP 2006329149 A JP2006329149 A JP 2006329149A
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JP
Japan
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degree
supercooling
liquid pump
expander
heat transport
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Withdrawn
Application number
JP2005157202A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoichiro Kawamoto
陽一郎 河本
Hiroshi Kinoshita
宏 木下
Kazuhide Uchida
和秀 内田
Yasuhiro Takeuchi
康浩 武内
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.)
Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
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Publication date
Application filed by Denso Corp, Nippon Soken Inc filed Critical Denso Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat transportation device and its control method for detecting the condition of working fluid in a fluid circuit and controlling operation properly based on the results of detection. <P>SOLUTION: This heat transportation device having a liquid pump 111 for absorbing liquid phase fluid in the circuit 110 and feeding it under pressure to transport heat using the fluid as a medium is provided with excessive cooling degree grasping means S200 to S280 for grasping degree of excessive cooling of fluid flowing into the liquid pump 111 from operation characteristic values of the liquid pump 111 or other equipment 116 in the circuit 110 or operation characteristic values of the fluid and operation condition changing means S400 to S450 for changing an operation condition of the liquid pump 111 or the other equipment 116 to increase degree of excessive cooling when the degree of excessive cooling obtained by the excessive cooling degree grasping means S200 to S280 is lower than a predetermined degree of excessive cooling fixed in advance. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば外部熱源の廃熱から動力を回収するランキンサイクルに用いて好適な熱輸送装置およびその制御方法に関するものである。   The present invention relates to a heat transport device suitable for use in, for example, a Rankine cycle for recovering power from waste heat from an external heat source, and a control method thereof.

従来、例えば特許文献1に示されるように、ランキンサイクルにおいて凝縮器と液ポンプとの間に流体回路内の流体を冷却する冷凍機を備えたものが知られている。このランキンサイクルにおいては、冷凍機を稼働させた後に液ポンプを始動させるようにしている。   Conventionally, as shown in Patent Document 1, for example, a Rankine cycle equipped with a refrigerator that cools a fluid in a fluid circuit between a condenser and a liquid pump is known. In this Rankine cycle, the liquid pump is started after operating the refrigerator.

これにより、ランキンサイクルを起動させる際に、液ポンプの吸入側に過冷却度の高い液相の流体を確実に供給することができ、液ポンプの吸入側で吸入冷媒が気化(沸騰)してしまうことを確実に防止して、液ポンプの効率(容積効率)低下を防止すると共に、ランキンサイクルを効率よく運転するようにしている。
特開2004−340081号公報
As a result, when the Rankine cycle is started, the liquid phase fluid with a high degree of supercooling can be reliably supplied to the suction side of the liquid pump, and the suction refrigerant evaporates (boils) on the suction side of the liquid pump. This prevents the liquid pump from being lowered, prevents the liquid pump efficiency (volumetric efficiency) from being lowered, and efficiently operates the Rankine cycle.
JP 2004-340081 A

しかしながら、ランキンサイクルの通常運転中においても、例えば、凝縮器における凝縮能力の変動等によって、液ポンプ吸入側の流体の過冷却度が変化して、液ポンプの効率低下を招く場合がある。   However, even during the normal operation of the Rankine cycle, the degree of subcooling of the fluid on the suction side of the liquid pump may change due to, for example, fluctuations in the condensing capacity of the condenser, leading to a reduction in the efficiency of the liquid pump.

また、上記特許文献1に示されるランキンサイクルには、運転中における流体の状態を積極的に把握して、その状態に応じた処置運転を行う思想は含まれていない。   Further, the Rankine cycle disclosed in Patent Document 1 does not include a concept of actively grasping the state of fluid during operation and performing a treatment operation according to the state.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、流体回路内の作動流体の状態を検出可能とすると共に、その検出結果に基づいて適切な運転制御を可能とする熱輸送装置およびその制御方法を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a heat transport device and a control method thereof capable of detecting the state of the working fluid in the fluid circuit and enabling appropriate operation control based on the detection result. There is.

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.

請求項1に記載の発明では、回路(110)内の液相流体を吸入して圧送する液ポンプ(111)を有し、流体を媒体として熱を輸送する熱輸送装置において、液ポンプ(111)、あるいは回路(110)内の他の機器(116)の運転特性値、あるいは流体の作動特性値から液ポンプ(111)に流入する流体の過冷却度を把握する過冷却度把握手段(S200〜S280)と、過冷却度把握手段(S200〜S280)で得られた過冷却度が、予め定めた所定過冷却度より低い時に、過冷却度を高めるように液ポンプ(111)、あるいは他の機器(116)の運転状態を変更する運転状態変更手段(S400〜S450)とを備えることを特徴としている。   In the first aspect of the present invention, in the heat transport device that has the liquid pump (111) that sucks and pumps the liquid phase fluid in the circuit (110), and transports heat using the fluid as a medium, the liquid pump (111) ), Or a supercooling degree grasping means (S200) for grasping the supercooling degree of the fluid flowing into the liquid pump (111) from the operating characteristic value of the other device (116) in the circuit (110) or the operating characteristic value of the fluid. To S280) and the supercooling degree obtained by the supercooling degree grasping means (S200 to S280) when the supercooling degree is lower than a predetermined predetermined supercooling degree, the liquid pump (111), or others The operation state changing means (S400 to S450) for changing the operation state of the device (116) is provided.

これにより、回路(110)の起動時あるいは通常運転時に関わらず、流体の過冷却度の把握が成されて、過冷却度が所定過冷却度より低い時に高められるように運転制御されるので、液ポンプ(111)に液相流体が確実に供給されて、効率的な液ポンプ(111)の運転が可能となる。   As a result, regardless of when the circuit (110) is started or during normal operation, the degree of supercooling of the fluid is grasped, and operation control is performed so that the degree of supercooling is increased when the degree of supercooling is lower than the predetermined supercooling degree. The liquid phase fluid is reliably supplied to the liquid pump (111), and the efficient operation of the liquid pump (111) becomes possible.

請求項2に記載の発明では、回路(110)は、液ポンプ(111)から圧送される液相流体を外部高熱源の熱によって加熱して過熱蒸気とする蒸気発生器(112)と、蒸気発生器(112)から流出される過熱蒸気の膨張により動力を回収する膨張機(113)と、膨張機(113)から流出される過熱蒸気を凝縮液化させて、液相流体として液ポンプ(111)側に流出させる放熱器(116)とを有するランキンサイクル(110)であることを特徴としている。   In the invention according to claim 2, the circuit (110) includes a steam generator (112) that heats the liquid phase fluid pumped from the liquid pump (111) with heat from an external high heat source to form superheated steam, and a steam An expander (113) that recovers power by expansion of superheated steam that flows out from the generator (112), and superheated steam that flows out from the expander (113) is condensed and liquefied to form a liquid pump (111 The Rankine cycle (110) having a radiator (116) that flows out to the) side.

上記ランキンサイクル(110)においては、放熱器(116)における流体の凝縮不足や、液ポンプ(111)の吸引による気相流体の発生があり得ることから、本発明を用いて好適である。   The Rankine cycle (110) is suitable for use with the present invention because there may be insufficient condensation of the fluid in the radiator (116) and the generation of gas-phase fluid due to suction of the liquid pump (111).

請求項3に記載の発明では、過冷却度把握手段(S200〜S280)は、液ポンプ(111)の軸トルクから間接的に過冷却度を把握することを特徴としている。   The invention according to claim 3 is characterized in that the supercooling degree grasping means (S200 to S280) indirectly grasps the supercooling degree from the shaft torque of the liquid pump (111).

液ポンプ(111)においては、過冷却度の低下に伴い気相流体が増加することになり、液ポンプ(111)は圧縮性を必要とすることからその軸トルクが減少するといった過冷却度と軸トルクとの間に相関を有していることから、液ポンプ(111)の軸トルクを用いることで、容易に過冷却度を把握することができる。   In the liquid pump (111), the gas phase fluid increases with a decrease in the degree of supercooling, and since the liquid pump (111) requires compressibility, the degree of supercooling is reduced. Since there is a correlation with the shaft torque, the degree of supercooling can be easily grasped by using the shaft torque of the liquid pump (111).

請求項4に記載の発明では、過冷却度把握手段(S200〜S280)は、液ポンプ(111)吸入側の液相流体の圧力、温度、密度のうちいずれか2つから過冷却度を把握することを特徴としている。   In the invention according to claim 4, the supercooling degree grasping means (S200 to S280) grasps the supercooling degree from any two of the pressure, temperature and density of the liquid phase fluid on the suction side of the liquid pump (111). It is characterized by doing.

これにより、直接的に流体の過冷却度を把握でき、過冷却度把握の制度を向上できる。   Thereby, the supercooling degree of a fluid can be grasped | ascertained directly and the system of supercooling degree grasping | ascertainment can be improved.

請求項5に記載の発明では、過冷却度把握手段(S200〜S280)は、膨張機(113)の軸トルクから間接的に過冷却度を把握することを特徴としている。   The invention according to claim 5 is characterized in that the supercooling degree grasping means (S200 to S280) indirectly grasps the supercooling degree from the shaft torque of the expander (113).

膨張機(113)においては、液ポンプ(111)から圧送される流体流量に応じて膨張仕事が確保されることから、膨張機(113)の軸トルクは液ポンプ(111)の流体流量に相関する。また、流体流量は過冷却度に相関することから、膨張機(113)の軸トルクを用いることで、容易に過冷却度を把握することができる。   In the expander (113), the expansion work is ensured according to the flow rate of the fluid pumped from the liquid pump (111), so the shaft torque of the expander (113) is correlated with the fluid flow rate of the liquid pump (111). To do. Further, since the fluid flow rate correlates with the degree of supercooling, the degree of supercooling can be easily grasped by using the shaft torque of the expander (113).

請求項6に記載の発明では、膨張機(113)には、回収される動力によって駆動されて発電する発電機(114)が接続されており、膨張機(113)の軸トルクは、発電機(114)で発生される電流から把握されることを特徴としている。   In the invention of claim 6, the expander (113) is connected to a generator (114) that is driven by the recovered power and generates electric power, and the axial torque of the expander (113) It is characterized by being grasped from the current generated in (114).

膨張機(113)の軸トルクは発電機(114)の電流に相関することから、電流から膨張機(113)の軸トルクを把握することができ、通常、発電機(114)の制御に用いられる電流信号を流用して、過冷却度の把握が可能となる。   Since the shaft torque of the expander (113) correlates with the current of the generator (114), the shaft torque of the expander (113) can be grasped from the current and is normally used for controlling the generator (114). It is possible to grasp the degree of supercooling by using the current signal.

請求項7に記載の発明では、膨張機(113)には、回収される動力によって駆動されて発電する発電機(114)が接続されており、膨張機(113)の軸トルクは、発電機(114)で発生される電力と回転数とから把握されることを特徴としている。   According to the seventh aspect of the present invention, the expander (113) is connected to the generator (114) that is driven by the recovered power and generates power, and the shaft torque of the expander (113) It is characterized by being grasped from the electric power generated in (114) and the rotation speed.

膨張機(113)の軸トルクは発電機(114)の発電電力と回転数とによって関係付けられるため、電力と回転数とから膨張機(113)の軸トルクを把握することができ、通常、発電機(114)の制御に用いられる電力、回転数信号を流用して、過冷却度の把握が可能となる。   Since the axial torque of the expander (113) is related to the generated power of the generator (114) and the rotational speed, the axial torque of the expander (113) can be grasped from the electric power and the rotational speed. It is possible to grasp the degree of supercooling by diverting the electric power and the rotational speed signal used for controlling the generator (114).

請求項8に記載の発明では、過冷却度把握手段(S200〜S280)は、膨張機(113)の回転数から間接的に過冷却度を把握することを特徴としている。   The invention according to claim 8 is characterized in that the supercooling degree grasping means (S200 to S280) indirectly grasps the supercooling degree from the rotational speed of the expander (113).

膨張機(113)においては、液ポンプ(111)から圧送される流体流量に応じて膨張仕事が確保されることから、膨張機(113)の回転数は液ポンプ(111)の流体流量に相関する。また、流体流量は過冷却度に相関することから、膨張機(113)の回転数の検出によって、容易に過冷却度を把握することができる。   In the expander (113), expansion work is ensured according to the flow rate of fluid pumped from the liquid pump (111), and therefore the rotation speed of the expander (113) is correlated with the fluid flow rate of the liquid pump (111). To do. Further, since the fluid flow rate correlates with the degree of supercooling, the degree of supercooling can be easily grasped by detecting the rotational speed of the expander (113).

請求項9に記載の発明では、運転状態変更手段(S400〜S450)は、液ポンプ(111)の回転数を低下させ、その後に徐々にもとの回転数に戻すことを特徴としている。   The invention according to claim 9 is characterized in that the operating state changing means (S400 to S450) decreases the rotational speed of the liquid pump (111) and then gradually returns to the original rotational speed.

これにより、液ポンプ(111)の回転数低下によって液ポンプ(111)から圧送される流体流量が低下され、回路(110)内の機器(116)による圧損が低減され、液ポンプ(111)吸入側の流体圧力が上昇するので、過冷却度を高めることができる。そして、過冷却度が確保できた後は、液ポンプ(111)の回転数をもとに戻してやれば良い。   As a result, the flow rate of the fluid pumped from the liquid pump (111) is reduced due to the decrease in the rotation speed of the liquid pump (111), the pressure loss due to the device (116) in the circuit (110) is reduced, and the liquid pump (111) is sucked. Since the fluid pressure on the side increases, the degree of supercooling can be increased. Then, after the degree of supercooling can be secured, the rotational speed of the liquid pump (111) may be returned to the original level.

請求項10に記載の発明では、運転状態変更手段(S400〜S450)によって過冷却度が所定過冷却度以上に高められない場合に、液ポンプ(111)の運転を停止する停止手段(S500〜S520)を有することを特徴としている。   In the invention described in claim 10, when the supercooling degree cannot be increased to a predetermined supercooling degree or more by the operating state changing means (S400 to S450), the stopping means (S500 to S500) that stops the operation of the liquid pump (111). S520).

これにより、運転状態変更手段(S500〜S520)によって過冷却度が高められない場合は、漏れ等によって回路(110)内の流体の充填量が不足している事が考えられるため、液ポンプ(111)を停止させることで、液ポンプ(111)あるいは他の機器(112、113、116)が損傷するのを未然に防止することができる。   As a result, if the degree of supercooling cannot be increased by the operating state changing means (S500 to S520), it is considered that the fluid filling amount in the circuit (110) is insufficient due to leakage or the like. 111) is stopped, it is possible to prevent the liquid pump (111) or other devices (112, 113, 116) from being damaged.

請求項11に記載の発明では、放熱器(116)には、過熱蒸気冷却用の冷却風を供給する送風機が備えられており、運転状態変更手段は、送風機の回転数を可変させることを特徴としている。   In the invention described in claim 11, the radiator (116) is provided with a blower for supplying cooling air for cooling the superheated steam, and the operating state changing means varies the rotational speed of the blower. It is said.

これにより、放熱器(116)内の流体の飽和温度(Tc)と冷却風温度(Tb)との間の温度差が所定過冷却度より充分大きい時は、送風機の回転数を上げて、冷却風量を増加させることで、過冷却度を高めることができる。   As a result, when the temperature difference between the saturation temperature (Tc) of the fluid in the radiator (116) and the cooling air temperature (Tb) is sufficiently larger than the predetermined supercooling degree, the rotational speed of the blower is increased and cooling is performed. The degree of supercooling can be increased by increasing the air volume.

また、放熱器(116)内の流体の飽和温度(Tc)と冷却風温度(Tb)との間の温度差が所定過冷却度より小さい時は、送風機の回転数を下げる、あるいは送風機を停止して、冷却風量を低下させることで、放熱器(116)内の流体の圧力を上げることができ、これに伴って過冷却度を高めることができる。   Further, when the temperature difference between the saturation temperature (Tc) of the fluid in the radiator (116) and the cooling air temperature (Tb) is smaller than the predetermined supercooling degree, the rotational speed of the blower is reduced or the blower is stopped. And the pressure of the fluid in a radiator (116) can be raised by reducing the amount of cooling air, and a supercooling degree can be raised in connection with this.

請求項12〜請求項22に記載の発明は、熱輸送装置(100)における過冷却度の把握と、過冷却度に基づく運転状態変更のための制御方法に関するものであり、その技術的意義はそれぞれ上記請求項1〜請求項11に記載の熱輸送装置(100)と本質的に同じである。   Invention of Claim 12-Claim 22 is related with the control method for grasping | ascertaining the degree of supercooling in a heat transport apparatus (100), and the operation state change based on a degree of supercooling, The technical significance is Each is essentially the same as the heat transport device (100) according to claims 1-11.

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

(第1実施形態)
第1実施形態は、本発明の熱輸送装置を、走行用内燃機関(水冷式エンジン)を備える車両に搭載されるランキンサイクル装置100に適用したものとしている。ランキンサイクル装置100は、ランキンサイクル110の作動が制御装置120およびインバータ121によって制御されるものである。以下、図1〜図3を用いてランキンサイクル装置100の基本構成について説明する。尚、図1はランキンサイクル装置100を示す模式図、図2は液ポンプ111、制御装置120、インバータ121を示す模式図、図3(a)はインバータ121の電流に対する液ポンプ111の軸トルクの関係を示す第1制御特性、図3(b)は過冷却度に対する液ポンプ111の軸トルクの関係を示す第2制御特性である。
(First embodiment)
In the first embodiment, the heat transport device of the present invention is applied to a Rankine cycle device 100 mounted on a vehicle including a traveling internal combustion engine (water-cooled engine). In the Rankine cycle apparatus 100, the operation of the Rankine cycle 110 is controlled by the control device 120 and the inverter 121. Hereinafter, the basic configuration of the Rankine cycle apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 1 is a schematic diagram showing the Rankine cycle device 100, FIG. 2 is a schematic diagram showing the liquid pump 111, the control device 120, and the inverter 121, and FIG. 3A is a graph showing the axial torque of the liquid pump 111 with respect to the current of the inverter 121. FIG. 3B is a first control characteristic showing the relationship, and FIG. 3B is a second control characteristic showing the relationship of the axial torque of the liquid pump 111 with respect to the degree of supercooling.

ランキンサイクル110は、図1に示すように、液ポンプ111、蒸気発生器112、膨張機113、放熱器116が環状に接続されたものである。液ポンプ111は、後述するモータ111aによって駆動され、ランキンサイクル110内の冷媒(本発明の流体に対応)を循環させるものである。   As illustrated in FIG. 1, the Rankine cycle 110 includes a liquid pump 111, a steam generator 112, an expander 113, and a radiator 116 that are connected in a ring shape. The liquid pump 111 is driven by a motor 111a described later, and circulates a refrigerant (corresponding to the fluid of the present invention) in the Rankine cycle 110.

蒸気発生器112は、液ポンプ111から圧送される冷媒を、外部高熱源としての水冷式エンジン(図示せず)の廃熱によって加熱して、過熱蒸気冷媒とする熱交換器である。具体的には、蒸気発生器112の内部には、冷媒が流通する冷媒流路と、エンジンの冷却水(温水)が流通する冷却水流路とが対向流路となるように近接して形成されており、冷却水と冷媒との間で熱交換が成されて、冷媒が加熱されるようになっている。尚、エンジン冷却水は、エンジンに接続されて駆動される水ポンプの作動によって冷却水流路を流通する。また、蒸気発生器112の冷却水流路の入口側と出口側にはそれぞれエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ(図示せず)が設けられており、検出された温度信号が後述する制御装置120に入力されるようになっている。   The steam generator 112 is a heat exchanger that heats the refrigerant pumped from the liquid pump 111 with waste heat of a water-cooled engine (not shown) as an external high heat source to produce superheated steam refrigerant. Specifically, inside the steam generator 112, a refrigerant flow path through which a refrigerant flows and a cooling water flow path through which engine cooling water (hot water) flows are formed close to each other so as to be opposed flow paths. Thus, heat exchange is performed between the cooling water and the refrigerant so that the refrigerant is heated. The engine coolant flows through the coolant flow path by the operation of a water pump connected to the engine and driven. A water temperature sensor (not shown) for detecting the temperature of the engine cooling water is provided on each of the inlet side and the outlet side of the cooling water flow path of the steam generator 112, and the detected temperature signal is a control device to be described later. 120 is input.

膨張機113は、蒸気発生器112から流出される過熱蒸気冷媒の膨張によって駆動力を発生する(熱エネルギーを機械的エネルギーとして回収する)流体機械であり、この膨張機113には、膨張機113の駆動力によって駆動されて発電機能を果たす発電機114が接続されている。膨張機113と発電機114とによって、エネルギー回収機113Aが形成されている。発電機114で発電された電力はバッテリ115に蓄えられるようになっている。   The expander 113 is a fluid machine that generates a driving force (recovers thermal energy as mechanical energy) by the expansion of the superheated steam refrigerant flowing out from the steam generator 112, and the expander 113 includes the expander 113. A generator 114 that is driven by the driving force to perform the power generation function is connected. The expander 113 and the generator 114 form an energy recovery machine 113A. The electric power generated by the generator 114 is stored in the battery 115.

放熱器116は、膨張機113から流出される過熱蒸気冷媒(気相または気液二相)を外部空気(外部低熱源)と熱交換させることにより、凝縮液化させる熱交換器である。   The radiator 116 is a heat exchanger that condenses and liquefies the heat of the superheated vapor refrigerant (gas phase or gas-liquid two-phase) flowing out from the expander 113 with external air (external low heat source).

上記液ポンプ111は、図2に示すように、モータ111aによって駆動される電動式のポンプとしている。モータ111aには、このモータ111a(液ポンプ111)の作動を制御する制御手段としての制御装置(ECU)120およびインバータ121が接続されている。制御装置120は、ランキンサイクル110を効率良く作動させるための過冷却度把握手段、過冷却度判定手段、運転状態変更手段、停止手段を有している(詳細後述)。   As shown in FIG. 2, the liquid pump 111 is an electric pump driven by a motor 111a. A controller (ECU) 120 and an inverter 121 are connected to the motor 111a as control means for controlling the operation of the motor 111a (liquid pump 111). The control device 120 includes a supercooling degree grasping means, a supercooling degree determining means, an operating state changing means, and a stopping means for efficiently operating the Rankine cycle 110 (details will be described later).

制御装置120からインバータ121へはモータ111aに対する回転数指示の信号が送られ、インバータ121はその信号に応じた電流をバッテリ115からモータ111aに供給する。そして、制御装置120には、バッテリ115とインバータ121との間の電流値信号、インバータ121からのモータ111aの実回転数信号、車両に設けられた車速センサ(図示せず)から得られる車速信号、および蒸気発生器112の冷却水流路に設けられた水温センサから得られる水温信号(入口水温、出口水温)が入力されるようになっており、上記電流値信号、実回転数信号、車速信号、水温信号は制御装置120によってモニタされるようになっている。   A signal for instructing the number of revolutions for the motor 111a is sent from the control device 120 to the inverter 121, and the inverter 121 supplies a current corresponding to the signal from the battery 115 to the motor 111a. The control device 120 includes a current value signal between the battery 115 and the inverter 121, an actual rotation number signal of the motor 111a from the inverter 121, and a vehicle speed signal obtained from a vehicle speed sensor (not shown) provided in the vehicle. , And a water temperature signal (inlet water temperature, outlet water temperature) obtained from a water temperature sensor provided in the cooling water flow path of the steam generator 112 is input, and the current value signal, actual rotation speed signal, vehicle speed signal are input. The water temperature signal is monitored by the control device 120.

また、制御装置120には、図3(a)に示す第1制御特性と、図3(b)に示す第2制御特性が予め記憶されている。第1制御特性はモータ111aに供給される電流値からモータ111aの軸トルク(=液ポンプ111の軸トルクであり、本発明の運転特性値に対応する)を算出するものである。第2制御特性は液ポンプ111の軸トルクと液ポンプ111に流入される冷媒の過冷却度とが関係付けられたものであり、冷媒の目標とすべき過冷却度、および実際の過冷却度がどのレベルにあるかを把握するために使用される。尚、第2制御特性は、液ポンプ111において過冷却度の低下に伴い気相冷媒が増加し、液ポンプ111にとっては圧縮性を必要とすることになるために、その軸トルクが減少するといった関係を示すものである。   Further, the control device 120 stores in advance a first control characteristic shown in FIG. 3A and a second control characteristic shown in FIG. The first control characteristic is to calculate the shaft torque of the motor 111a (= the shaft torque of the liquid pump 111, corresponding to the operation characteristic value of the present invention) from the current value supplied to the motor 111a. The second control characteristic relates the axial torque of the liquid pump 111 and the degree of supercooling of the refrigerant flowing into the liquid pump 111, and the degree of supercooling to be the target of the refrigerant and the actual degree of supercooling. Used to keep track of which level is. The second control characteristic is that, as the degree of supercooling in the liquid pump 111 decreases, the gas-phase refrigerant increases, and the liquid pump 111 needs to be compressible. It shows the relationship.

次に、上記構成に基づくランキンサイクル装置100の作動について、図4〜図7に示すフローチャートを用いて説明する。   Next, the operation of the Rankine cycle apparatus 100 based on the above configuration will be described using the flowcharts shown in FIGS.

図4に示すように、まず、制御装置120はステップS100で車速信号を読込み(入力し)、ステップS110で車速に対応するエンジン回転数を算出する。ステップS120でエンジン回転数に対応して作動する水ポンプによるエンジン冷却水流量(蒸気発生器112を流通するエンジン冷却水流量)を算出する。   As shown in FIG. 4, first, the control device 120 reads (inputs) a vehicle speed signal in step S100, and calculates an engine speed corresponding to the vehicle speed in step S110. In step S120, an engine cooling water flow rate (engine cooling water flow rate flowing through the steam generator 112) by a water pump that operates according to the engine speed is calculated.

そして、ステップS130でエンジン水温信号を読込み、ステップS140でエンジン冷却水から得られる廃熱量を算出する。これは、エンジン冷却水流量と蒸気発生器112の入口出口でのエンジン冷却水温度差との積に比例する値として算出する。ステップS150で上記廃熱量から液ポンプ111で送るべき冷媒流量を決定し、更にこの冷媒流量を得るための液ポンプ111の目標回転数を算出する。尚、ステップS130によるエンジン水温信号の読込みは、ステップS100の先となるようにしても良い。   In step S130, the engine water temperature signal is read, and in step S140, the amount of waste heat obtained from the engine cooling water is calculated. This is calculated as a value proportional to the product of the engine coolant flow rate and the engine coolant temperature difference at the inlet / outlet of the steam generator 112. In step S150, the flow rate of refrigerant to be sent by the liquid pump 111 is determined from the amount of waste heat, and the target rotational speed of the liquid pump 111 for obtaining this flow rate of refrigerant is calculated. Note that the reading of the engine water temperature signal in step S130 may precede the step S100.

そして、図5に示すように、ステップS200で上記液ポンプ目標回転数をインバータ121に出力する。すると、インバータ121からモータ111aに、液ポンプ目標回転数に対応する電力(電流)が供給され、モータ111aが駆動され(ステップS210)、この駆動力により液ポンプ111が作動される。液ポンプ111が作動されると、ランキンサイクル110内の冷媒は、液ポンプ111→蒸気発生器112→膨張機113→放熱器116→液ポンプ111の順に循環する。   And as shown in FIG. 5, the said liquid pump target rotation speed is output to the inverter 121 by step S200. Then, electric power (current) corresponding to the liquid pump target rotational speed is supplied from the inverter 121 to the motor 111a, the motor 111a is driven (step S210), and the liquid pump 111 is operated by this driving force. When the liquid pump 111 is operated, the refrigerant in the Rankine cycle 110 circulates in the order of the liquid pump 111 → the steam generator 112 → the expander 113 → the radiator 116 → the liquid pump 111.

液ポンプ111から圧送される冷媒は、蒸気発生器112で加熱されて過熱蒸気冷媒となって、膨張機113に流入し、加熱蒸気冷媒の膨張によって膨張機113が作動されて駆動力が発生される。膨張機113の駆動力によって発電機114が作動され、発電が行われ、発生された電力がバッテリ115に蓄えられる。膨張機113から流出する冷媒は放熱器116で凝縮液化されて、液ポンプ111側に流出する。   The refrigerant pumped from the liquid pump 111 is heated by the steam generator 112 to become superheated vapor refrigerant, flows into the expander 113, and the expander 113 is activated by the expansion of the heated vapor refrigerant to generate driving force. The The generator 114 is operated by the driving force of the expander 113 to generate power, and the generated electric power is stored in the battery 115. The refrigerant flowing out of the expander 113 is condensed and liquefied by the radiator 116 and flows out to the liquid pump 111 side.

そして、ステップS220でインバータ121(モータ111a)に供給される電流値を読込み、ステップS230で第1制御特性(図3(a))からこの電流値に対応する軸トルク(液ポンプ111の実際の軸トルクに対応する)を算出する。   In step S220, the current value supplied to the inverter 121 (motor 111a) is read, and in step S230, the shaft torque corresponding to this current value (actual actual value of the liquid pump 111) is determined from the first control characteristic (FIG. 3A). (Corresponding to the shaft torque) is calculated.

一方、制御装置120には、エネルギー回収機113Aでの発電量を最大にするための膨張機113の目標回転数と、液ポンプ111の入口側(吸入側)圧力とが入力され(ステップS240、S250)、液ポンプ目標回転数(ステップS200)と合わせて、ステップS260で液ポンプ111の目標高圧側圧力を算出し、ステップS270で目標高圧側圧力と入口側圧力とから液ポンプ111の目標高低圧差を算出する。そして、ステップS280で目標高低圧差を得るための液ポンプ111の目標軸トルクを算出する。   On the other hand, the target rotational speed of the expander 113 for maximizing the amount of power generated by the energy recovery machine 113A and the inlet side (suction side) pressure of the liquid pump 111 are input to the control device 120 (step S240, In step S260, the target high-pressure side pressure of the liquid pump 111 is calculated in step S260, and in step S270, the target high and low of the liquid pump 111 is calculated from the target high-pressure side pressure and the inlet side pressure. Calculate the pressure difference. In step S280, the target shaft torque of the liquid pump 111 for obtaining the target high / low pressure difference is calculated.

尚、第2制御特性(図3(b))において、ステップS230で得られる液ポンプ111の実際の軸トルクに対応する過冷却度が実際の過冷却度に対応し、また、ステップS280で得られる目標軸トルクに対応する過冷却度が目標過冷却度に対応することになり、これら過冷却度は液ポンプ111の軸トルクをもって間接的に把握できる。上記図5におけるステップS200〜ステップS280は、本第1実施形態における過冷却度把握手段に対応する。また、ステップS220〜ステップS230の実行と、ステップS240〜ステップS280の実行とは、順番が逆となっても良い。   In the second control characteristic (FIG. 3B), the degree of supercooling corresponding to the actual shaft torque of the liquid pump 111 obtained in step S230 corresponds to the actual degree of supercooling, and is obtained in step S280. The degree of supercooling corresponding to the target shaft torque thus obtained corresponds to the target degree of supercooling, and the degree of supercooling can be indirectly grasped with the shaft torque of the liquid pump 111. Steps S200 to S280 in FIG. 5 correspond to the supercooling degree grasping means in the first embodiment. Moreover, the order of execution of step S220 to step S230 and execution of step S240 to step S280 may be reversed.

次に、図6に示すように、ステップS300で液ポンプ111の実際の軸トルク(ステップS230での算出値)が目標軸トルク(ステップS280での算出値)よりも小さいか否かを判定して、否、即ち、実際の軸トルクが目標軸トルク以上となるように得られている場合は、液ポンプ111の入口側冷媒の過冷却度が充分に得られていると判定して、ステップS310で現在の制御状態(ランキンサイクル110の運転状態)を継続する。   Next, as shown in FIG. 6, it is determined in step S300 whether or not the actual shaft torque (calculated value in step S230) of the liquid pump 111 is smaller than the target shaft torque (calculated value in step S280). No, that is, when the actual shaft torque is obtained to be equal to or greater than the target shaft torque, it is determined that the degree of subcooling of the refrigerant on the inlet side of the liquid pump 111 is sufficiently obtained, and the step In S310, the current control state (running state of Rankine cycle 110) is continued.

しかしながら、ステップS300で実際の軸トルクが目標軸トルクよりも小さいと判定した場合は、液ポンプ111の入口側冷媒の過冷却度が充分に得られていないと判定して、過冷却度回復のために、図7に示すフローチャートのステップS400以降に進む。尚、上記ステップS300は、本第1実施形態において、液ポンプ111の軸トルクを用いて冷媒の過冷却度の良否を判定する過冷却度判定手段に対応する。   However, if it is determined in step S300 that the actual shaft torque is smaller than the target shaft torque, it is determined that the degree of supercooling of the refrigerant on the inlet side of the liquid pump 111 has not been sufficiently obtained, and the degree of supercooling recovery is recovered. Therefore, the process proceeds to step S400 and subsequent steps in the flowchart shown in FIG. Note that step S300 in the first embodiment corresponds to a supercooling degree determination unit that determines the quality of the supercooling degree of the refrigerant using the shaft torque of the liquid pump 111.

図7に示すステップS400で、液ポンプ111(モータ111a)の回転数を所定回転数分(例えば50rpm)だけ一旦低下させる。本実施形態では、液ポンプ111の回転数を下げることによって液ポンプ111の入口側圧力がランキンサイクル110の圧力損失分上昇することを利用して、過冷却度を回復させるようにしている。つまり、液ポンプ111の回転数を低下させて冷媒圧送量を低下させることで、ランキンサイクル110内の機器(特に放熱器116)における冷媒圧送量に伴う圧損を低減して、液ポンプ111の高圧側圧力からの圧力低下分を低減して、液ポンプ111における入口側圧力を上昇させて、過冷却度を高める訳である。   In step S400 shown in FIG. 7, the number of rotations of the liquid pump 111 (motor 111a) is temporarily reduced by a predetermined number of rotations (for example, 50 rpm). In the present embodiment, the degree of supercooling is recovered by utilizing the fact that the pressure on the inlet side of the liquid pump 111 is increased by the pressure loss of the Rankine cycle 110 by lowering the rotational speed of the liquid pump 111. That is, by reducing the number of revolutions of the liquid pump 111 to reduce the refrigerant pumping amount, the pressure loss associated with the refrigerant pumping amount in the equipment (particularly the radiator 116) in the Rankine cycle 110 is reduced, and the liquid pump 111 has a high pressure. The pressure drop from the side pressure is reduced and the inlet side pressure in the liquid pump 111 is increased to increase the degree of supercooling.

そして、ステップS410、ステップS420で液ポンプ111の回転数低下に伴う実際の軸トルク、目標軸トルクをそれぞれ算出する。ステップS430で、新たに得られた実際の軸トルクと目標軸トルク(ステップS410、ステップS420での算出結果)とを比較して、実際の軸トルクが目標トルクより大きい場合は、過冷却度が回復されたと判定して、ステップS440に進み、液ポンプ111の回転数を元の目標回転数(ステップS150での算出結果)まで上昇させていく。ここで、急に回転数を上げると、液ポンプ111の吸引による入口側の圧力低下が大きくなり、冷媒の気化(沸騰)が起こって過冷却度が低下してしまうおそれがあるので、例えば1%ずつといったように、回転数を徐々に上げていくようにする。そして、ステップS450で現在の制御状態(ランキンサイクル110の運転状態)を継続する。上記ステップS400〜ステップS450は、本第1実施形態における運転条件変更手段に対応する。   In step S410 and step S420, the actual shaft torque and the target shaft torque that accompany the decrease in the rotation speed of the liquid pump 111 are calculated. In step S430, the newly obtained actual shaft torque is compared with the target shaft torque (calculated results in steps S410 and S420). If the actual shaft torque is greater than the target torque, the degree of supercooling is It determines with having recovered, it progresses to step S440, and raises the rotation speed of the liquid pump 111 to the original target rotation speed (calculation result in step S150). Here, if the rotational speed is suddenly increased, the pressure drop on the inlet side due to the suction of the liquid pump 111 becomes large, and the vaporization (boiling) of the refrigerant may occur and the degree of supercooling may decrease. Increase the rotational speed gradually, such as in% increments. In step S450, the current control state (running state of Rankine cycle 110) is continued. Steps S400 to S450 correspond to the operating condition changing means in the first embodiment.

しかし、ステップS430で実際の軸トルクが目標軸トルク以下であると判定(過冷却度が回復しないと判定)すると、ステップS500で液ポンプ111の回転数と、予め定めた判定回転数(例えば1000rpm)とを比較する。液ポンプ111の回転数が判定回転数より高いと判定すると(YESの判定)、ステップS400に戻り、ステップS400〜ステップS430を繰返す。   However, if it is determined in step S430 that the actual shaft torque is equal to or less than the target shaft torque (determined that the degree of supercooling does not recover), the rotation speed of the liquid pump 111 and a predetermined determination rotation speed (for example, 1000 rpm) are determined in step S500. ). If it determines with the rotation speed of the liquid pump 111 being higher than the determination rotation speed (determination of YES), it will return to step S400 and will repeat step S400-step S430.

ステップS400ではステップS500からの繰返しのたびに、液ポンプ111の回転数を50rpmずつ低下させていく。この繰返し制御の実行にもかかわらず、過冷却度が回復されず(ステップS430でNOの判定)、ステップS500で液ポンプ111の回転数が判定回転数以下になると(NOの判定)、基本的にランキンサイクル110内の冷媒充填量が不足していると判定し(ステップS510)、ステップS520でランキンサイクル110の作動を停止させるために、液ポンプ111(モータ111a)を停止する。尚、ステップS500〜ステップS520は、本第1実施形態における停止手段に対応する。   In step S400, the number of rotations of the liquid pump 111 is decreased by 50 rpm each time the process is repeated from step S500. Despite the execution of this repetitive control, if the degree of supercooling is not recovered (NO determination in step S430) and the rotation speed of the liquid pump 111 becomes equal to or less than the determination rotation speed in step S500 (NO determination), the basic In step S510, the liquid pump 111 (motor 111a) is stopped to stop the operation of the Rankine cycle 110 in step S520. Note that steps S500 to S520 correspond to the stopping means in the first embodiment.

以上のように、本第1実施形態においては、ランキンサイクル110の起動時あるいは通常運転時に関わらず、過冷却度把握手段(ステップS200〜ステップS280)によって冷媒の過冷却度の把握が成されて、過冷却度判定手段(ステップS300)による過冷却度の判定で過冷却度が目標過冷却度より小さい時に、運転状態変更手段(ステップS400〜ステップS450)によって過冷却度が目標過冷却度に高められるように運転制御されるので、液ポンプ111に液相冷媒が確実に供給されて、効率的な液ポンプ111、ひいてはランキンサイクル110の運転が可能となる。   As described above, in the first embodiment, the supercooling degree grasping means (steps S200 to S280) grasps the supercooling degree of the refrigerant regardless of whether the Rankine cycle 110 is started or during normal operation. When the supercooling degree is smaller than the target supercooling degree in the determination of the supercooling degree by the supercooling degree determining means (step S300), the supercooling degree is set to the target supercooling degree by the operation state changing means (step S400 to step S450). Since the operation is controlled so as to be increased, the liquid phase refrigerant is surely supplied to the liquid pump 111, and the operation of the liquid pump 111 and thus the Rankine cycle 110 can be performed efficiently.

尚、図8(a)に示すように、運転状態変更手段の実行(液ポンプ111の回転数低下および上昇)により、冷媒の過冷却度不足状態が回避され、液ポンプ111の高圧側圧力を短時間で昇圧でき、図8(b)に示す従来技術(運転状態変更手段なし)に対して、ランキンサイクル110の起動時間の短縮が可能となる。   As shown in FIG. 8 (a), the operation state changing means (lowering and increasing the rotational speed of the liquid pump 111) avoids a state of insufficient supercooling of the refrigerant, and increases the pressure on the high pressure side of the liquid pump 111. The boosting time can be increased in a short time, and the startup time of the Rankine cycle 110 can be shortened as compared with the conventional technique (without the operating state changing means) shown in FIG.

また、液ポンプ111においては、過冷却度と軸トルクとの間に相関(第2制御特性)を有していることから、液ポンプ111の軸トルクを用いることで、容易に過冷却度を把握することができる。例えば、過冷却度把握のための冷媒の作動特性(圧力や温度等)を検出するセンサ等を不要として対応可能である。   In addition, since the liquid pump 111 has a correlation (second control characteristic) between the degree of supercooling and the shaft torque, the degree of supercooling can be easily achieved by using the shaft torque of the liquid pump 111. I can grasp it. For example, a sensor or the like for detecting the operation characteristics (pressure, temperature, etc.) of the refrigerant for grasping the degree of supercooling can be handled as unnecessary.

また、運転状態変更手段(ステップS400〜ステップS450)によって過冷却度が高められない場合は、基本的にランキンサイクル110内の冷媒充填量が不足していると判定して、停止手段(ステップS500〜ステップS520)によって、液ポンプ111を停止させるようにしているので、液ポンプ111あるいは他の機器(112、113、116)が損傷するのを未然に防止することができる。   If the degree of supercooling cannot be increased by the operating state changing means (steps S400 to S450), it is basically determined that the refrigerant charging amount in the Rankine cycle 110 is insufficient, and the stopping means (step S500). In step S520), the liquid pump 111 is stopped, so that it is possible to prevent the liquid pump 111 or other devices (112, 113, 116) from being damaged.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図9、図10に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、冷媒の過冷却度を冷媒の作動特性値としての液ポンプ111の入口側圧力と温度とから把握するようにしたものである。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the second embodiment, the degree of supercooling of the refrigerant is grasped from the pressure and temperature on the inlet side of the liquid pump 111 as the operation characteristic value of the refrigerant, compared to the first embodiment.

ここでは、図9に示すように、液ポンプ111の入口側に冷媒の圧力を検出する圧力センサ131と、冷媒の温度を検出する温度計132とを設け、圧力センサ131で得られた冷媒圧力信号、および温度計132で得られた冷媒温度信号が制御装置120に入力されるようにしている。   Here, as shown in FIG. 9, a pressure sensor 131 that detects the pressure of the refrigerant and a thermometer 132 that detects the temperature of the refrigerant are provided on the inlet side of the liquid pump 111, and the refrigerant pressure obtained by the pressure sensor 131 is provided. The signal and the refrigerant temperature signal obtained by the thermometer 132 are input to the control device 120.

第2実施形態においては、図10に示すフローチャートに基づいて過冷却度の把握および運転状態の変更が成される。即ち、制御装置120は、図4で説明した液ポンプ111の目標回転数算出(ステップS150)の後に、この液ポンプ目標回転数をインバータ121に指示し(ステップS200)、モータ111a(液ポンプ111)を作動させる(ステップS210)。   In the second embodiment, the supercooling degree is grasped and the operation state is changed based on the flowchart shown in FIG. That is, after calculating the target rotational speed of the liquid pump 111 described in FIG. 4 (step S150), the control device 120 instructs the liquid pump target rotational speed to the inverter 121 (step S200), and the motor 111a (liquid pump 111). ) Is activated (step S210).

そして、ステップS221、ステップS222で、液ポンプ111の入口側の冷媒温度および冷媒圧力をそれぞれ読込み(入力し)、ステップS223で液ポンプ111の入口側冷媒の飽和温度を算出する。飽和温度は、圧力およびエンタルピを変数とする場合の冷媒の相状態線図(モリエル線図)において、ステップS222で入力された冷媒圧力値での圧力一定線と冷媒の飽和液線との交点として算出される。また、ステップS231で飽和温度と冷媒温度との差として過冷却度を算出する。尚、本第2実施形態においては、図10におけるステップS200〜ステップS231が、過冷却度把握手段に対応する。   In step S221 and step S222, the refrigerant temperature and refrigerant pressure on the inlet side of the liquid pump 111 are read (input), respectively, and in step S223, the saturation temperature of the refrigerant on the inlet side of the liquid pump 111 is calculated. The saturation temperature is the intersection of the constant pressure line at the refrigerant pressure value input in step S222 and the saturated liquid line of the refrigerant in the refrigerant phase state diagram (Mollier diagram) when the pressure and enthalpy are variables. Calculated. In step S231, the degree of supercooling is calculated as the difference between the saturation temperature and the refrigerant temperature. In the second embodiment, steps S200 to S231 in FIG. 10 correspond to the degree of supercooling degree grasping means.

次に、ステップS301で上記過冷却度が0よりも小さいか否かを判定し、否(NO)と判定した場合、即ち、過冷却度が0以上と判定した場合は、液ポンプ111の入口側冷媒の過冷却度が充分に得られていると判定して、ステップS310で現在の制御状態(ランキンサイクル110の運転状態)を継続する。   Next, in step S301, it is determined whether or not the degree of supercooling is smaller than 0. If it is determined as NO (NO), that is, if the degree of supercooling is determined to be 0 or more, the inlet of the liquid pump 111 is determined. It is determined that the degree of supercooling of the side refrigerant is sufficiently obtained, and the current control state (running state of Rankine cycle 110) is continued in step S310.

しかしながら、ステップS301で過冷却度が0より小さいと判定すると、過冷却度回復のために、ステップS400以降に進む。尚、上記ステップS301は、本第2実施形態での液ポンプ111の過冷却度の良否を判定する過冷却度判定手段に対応する。   However, if it is determined in step S301 that the degree of supercooling is smaller than 0, the process proceeds to step S400 and subsequent steps to recover the degree of supercooling. Note that step S301 corresponds to the degree of supercooling determination means for determining whether the degree of supercooling of the liquid pump 111 in the second embodiment is good or bad.

ステップS400で、上記第1実施形態と同様に、液ポンプ111(モータ111a)の回転数を所定回転数分(例えば50rpm)だけ一旦低下させる。そして、ステップS411で液ポンプ111の回転数低下させた後の過冷却度をステップS231と同様に算出する。ステップS431で、新たに得られた実際の過冷却度と予め定めた目標過冷却度とを比較して、実際の過冷却度が目標過冷却度より大きく得られれば、過冷却度が回復されたと判定して、ステップS440に進み、液ポンプ111の回転数を元の目標回転数(ステップS150での算出結果)まで上記第1実施形態と同様に上昇させていく。そして、ステップS450で現在の制御状態(ランキンサイクル110の運転状態)を継続する。尚、上記ステップS400、S411、S431、S440、S450は、本第2実施形態における運転条件変更手段に対応する。   In step S400, similarly to the first embodiment, the rotational speed of the liquid pump 111 (motor 111a) is once decreased by a predetermined rotational speed (for example, 50 rpm). Then, the degree of supercooling after the rotation speed of the liquid pump 111 is reduced in step S411 is calculated in the same manner as in step S231. In step S431, the newly obtained actual supercooling degree is compared with a predetermined target supercooling degree. If the actual supercooling degree is larger than the target supercooling degree, the supercooling degree is recovered. In step S440, the rotational speed of the liquid pump 111 is increased to the original target rotational speed (calculation result in step S150) in the same manner as in the first embodiment. In step S450, the current control state (running state of Rankine cycle 110) is continued. The steps S400, S411, S431, S440, and S450 correspond to the operating condition changing unit in the second embodiment.

しかし、ステップS431で実際の過冷却度が目標過冷却度以下であると(過冷却度が回復しない)、ステップS400〜ステップS431を繰返す。尚、ステップS431とステップS400との間に、上記第1実施形態で説明した、停止手段(ステップS500〜ステップS520)を設けて、実行するようにしても良い。   However, if the actual supercooling degree is less than or equal to the target supercooling degree in step S431 (the supercooling degree does not recover), steps S400 to S431 are repeated. In addition, between the step S431 and step S400, you may make it perform by providing the stop means (step S500-step S520) demonstrated in the said 1st Embodiment.

これにより、冷媒圧力、冷媒温度から直接的に冷媒の過冷却度を把握でき、過冷却度把握の制度を向上できる。   Thereby, the supercooling degree of a refrigerant | coolant can be grasped | ascertained directly from a refrigerant | coolant pressure and a refrigerant temperature, and the system of supercooling degree grasping | ascertainment can be improved.

尚、図11、図12に示すように、冷媒の作動特性値として上記冷媒温度に代えて冷媒密度を用いても良く、液ポンプ111の入口側に、図11に示すように、温度計132(図9)に代えて密度計133を設けて対応することが可能である。   As shown in FIGS. 11 and 12, the refrigerant density may be used instead of the refrigerant temperature as the operation characteristic value of the refrigerant, and a thermometer 132 is provided on the inlet side of the liquid pump 111 as shown in FIG. A density meter 133 can be provided instead of (FIG. 9).

過冷却度を把握するにあたっては、図12に示すように、ステップS221を廃止して、ステップ224で密度計133から冷媒密度を読込み、ステップS225で冷媒圧力と冷媒密度とから冷媒温度を算出して、ステップS231で過冷却度を算出すれば良い。   In grasping the degree of supercooling, as shown in FIG. 12, step S221 is abolished, the refrigerant density is read from the density meter 133 in step 224, and the refrigerant temperature is calculated from the refrigerant pressure and refrigerant density in step S225. In step S231, the degree of supercooling may be calculated.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図13〜図15に示す。第3実施形態は、上記第1実施形態に対して、冷媒の過冷却度をランキンサイクル110内の他の機器の運転特性値としての膨張機113の軸トルクから把握するようにし、膨張機113の軸トルクは発電機114の電流値から算出するようにしたものである。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the third embodiment, the degree of supercooling of the refrigerant is grasped from the axial torque of the expander 113 as the operation characteristic value of other equipment in the Rankine cycle 110, compared with the first embodiment. The shaft torque is calculated from the current value of the generator 114.

図13に示すように、エネルギー回収機113Aの発電機114には発電機用インバータ122が設けられており、発電機114で発電された電力は発電機用インバータ122を介してバッテリ115に蓄えられる。ここで、発電機114から出力される電流信号が制御装置120に入力されるようにしている。   As shown in FIG. 13, the generator 114 of the energy recovery machine 113 </ b> A is provided with a generator inverter 122, and the electric power generated by the generator 114 is stored in the battery 115 via the generator inverter 122. . Here, the current signal output from the generator 114 is input to the control device 120.

制御装置120には、予め図14に示す第3制御特性が記憶されている。第3制御特性は、膨張機113の軸トルクと、発電機114で出力される電流値とを関係付けたものであり、制御装置120に入力される電流値から膨張機113の軸トルクが算出されるようになっている。   The control device 120 stores in advance the third control characteristic shown in FIG. The third control characteristic relates the shaft torque of the expander 113 and the current value output from the generator 114, and the shaft torque of the expander 113 is calculated from the current value input to the control device 120. It has come to be.

尚、膨張機113においては、液ポンプ111から圧送される冷媒流量に応じて膨張仕事が確保されることから、膨張機113の軸トルクは液ポンプ111の冷媒流量に相関する。また、冷媒流量は過冷却度に相関することから、膨張機113の軸トルクは、間接的に過冷却度を示すものとなる。   In the expander 113, expansion work is ensured according to the flow rate of the refrigerant pumped from the liquid pump 111, so that the axial torque of the expander 113 correlates with the refrigerant flow rate of the liquid pump 111. Further, since the refrigerant flow rate correlates with the degree of supercooling, the shaft torque of the expander 113 indirectly indicates the degree of supercooling.

以下、図15に示すフローチャートを用いて、膨張機113の軸トルクを用いた過冷却度把握の制御について説明する。   Hereinafter, the control for grasping the degree of supercooling using the shaft torque of the expander 113 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

図15に示すフローチャートは、第1実施形態の図5で説明したものに対して、ステップS220、ステップS230、ステップS270、ステップS280をそれぞれステップS226、ステップS232、ステップS271、ステップS281に変更したものである。   The flowchart shown in FIG. 15 is obtained by changing Step S220, Step S230, Step S270, and Step S280 to Step S226, Step S232, Step S271, and Step S281, respectively, with respect to that described in FIG. 5 of the first embodiment. It is.

即ち、ステップS210で液ポンプ111のモータ111aを駆動させて、ランキンサイクル110を作動させると、膨張機113が作動され、発電機114で発電が行われる。そして、制御装置120は、ステップS226で発電時の電流値を読込み(入力し)、ステップS232で第3制御特性(図14)からこの電流値に対応する軸トルク(膨張機113の実際の軸トルクに対応する)を算出する。   That is, when the Rankine cycle 110 is operated by driving the motor 111a of the liquid pump 111 in step S210, the expander 113 is operated, and the generator 114 generates power. Then, the control device 120 reads (inputs) the current value during power generation in step S226, and in step S232, the shaft torque corresponding to this current value from the third control characteristic (FIG. 14) (the actual shaft of the expander 113). (Corresponding to torque) is calculated.

また、ステップS260で液ポンプ111の目標高圧側圧力を算出した後に、ステップS271で目標高圧側圧力と入口側圧力とから膨張機113の目標高低圧差を算出する。そして、ステップS281で目標高低圧差を得るための膨張機113の目標軸トルクを算出する。   Further, after calculating the target high-pressure side pressure of the liquid pump 111 in step S260, the target high-low pressure difference of the expander 113 is calculated from the target high-pressure side pressure and the inlet side pressure in step S271. In step S281, the target shaft torque of the expander 113 for obtaining the target high / low pressure difference is calculated.

尚、ステップS232で得られる膨張機113の実際の軸トルクが実際の過冷却度に対応し、また、ステップS281で得られる目標軸トルクが目標過冷却度に対応することになる。上記図15におけるステップS200〜ステップS281は、本第3実施形態における過冷却度把握手段に対応する。また、ステップS226〜ステップS232の実行と、ステップS240〜ステップS281の実行とは、順番が逆となっても良い。   Note that the actual shaft torque of the expander 113 obtained in step S232 corresponds to the actual degree of supercooling, and the target shaft torque obtained in step S281 corresponds to the target degree of supercooling. Steps S200 to S281 in FIG. 15 correspond to the supercooling degree grasping means in the third embodiment. Further, the order of execution of steps S226 to S232 and the execution of steps S240 to S281 may be reversed.

以下、ステップS281の後に、上記第1実施形態で説明した、図6、図7中の軸トルク、目標軸トルクを膨張機113の軸トルク値として取扱い、制御する。   Hereinafter, after step S281, the shaft torque and the target shaft torque in FIGS. 6 and 7 described in the first embodiment are handled and controlled as the shaft torque value of the expander 113.

これにより、膨張機113の軸トルクを用いることで、第1実施形態と同様に容易に過冷却度を把握でき、効率的な液ポンプ111の作動が可能となる。尚、ここでは膨張機113の軸トルクを把握するために発電機114の発生電流値を検出して算出するようにしているので、通常、発電機114の制御に用いられる電流信号を流用して、過冷却度の把握が可能となる。   Thereby, by using the axial torque of the expander 113, the degree of supercooling can be easily grasped similarly to the first embodiment, and the operation of the liquid pump 111 can be performed efficiently. Here, since the generated current value of the generator 114 is detected and calculated in order to grasp the shaft torque of the expander 113, the current signal used for controlling the generator 114 is usually diverted. This makes it possible to grasp the degree of supercooling.

(第4実施形態)
本発明の第4実施形態を図16に示す。第4実施形態は、上記第3実施形態に対して、膨張機113の軸トルクを発電機114の出力(電力)と回転数とから算出するようにしたものである。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the fourth embodiment, the shaft torque of the expander 113 is calculated from the output (electric power) of the generator 114 and the rotational speed, as compared with the third embodiment.

制御装置120には、発電機用インバータ122から発電機114の出力信号(電流信号と電圧信号との積)と回転数信号eとが入力されるようにしている。   An output signal (product of a current signal and a voltage signal) of the generator 114 and a rotation speed signal e are input to the control device 120 from the generator inverter 122.

ここで、制御装置120は、発電機用インバータ122から得られた出力Wと回転数Neとから以下の数式1を用いて膨張機113の軸トルクTrを算出するようにしている。   Here, the control device 120 calculates the shaft torque Tr of the expander 113 from the output W obtained from the generator inverter 122 and the rotational speed Ne using the following formula 1.

(数1)
Tr=W/(Ne×ηi×ηmg)
但し、ηiは発電機用インバータ122の効率
ηmgは発電機114の効率であり、予め制御装置120に記憶されている。
(Equation 1)
Tr = W / (Ne × ηi × ηmg)
Where ηi is the efficiency of the generator inverter 122
ηmg is the efficiency of the generator 114 and is stored in the control device 120 in advance.

制御装置120は、図16に示すフローチャートを用いて、膨張機113の軸トルクを用いた過冷却度把握の制御をおこなう。図16に示すフローチャートは、第3実施形態の図15で説明したものに対して、ステップS226をステップS227およびステップS228に変更したものである。   The control device 120 controls the supercooling degree grasp using the shaft torque of the expander 113 using the flowchart shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 16 is obtained by changing step S226 to step S227 and step S228 with respect to that described in FIG. 15 of the third embodiment.

即ち、ステップS210で液ポンプ111のモータ111aを駆動させて、ランキンサイクル110を作動させると、膨張機113が作動され、発電機114で発電が行われる。そして、制御装置120は、ステップS227、ステップS228で膨張機113(発電機114)の回転数Ne、膨張機113(発電機114)の出力Wをそれぞれ読込み(入力し)、ステップS232で数式1を用いて膨張機113の軸トルク(膨張機113の実際の軸トルクに対応する)を算出する。以下のステップは、第3実施形態と同じである。   That is, when the Rankine cycle 110 is operated by driving the motor 111a of the liquid pump 111 in step S210, the expander 113 is operated, and the generator 114 generates power. The control device 120 reads (inputs) the rotational speed Ne of the expander 113 (generator 114) and the output W of the expander 113 (generator 114) in steps S227 and S228, respectively, and formula 1 in step S232. Is used to calculate the shaft torque of the expander 113 (corresponding to the actual shaft torque of the expander 113). The following steps are the same as those in the third embodiment.

尚、ステップS232で得られる膨張機113の実際の軸トルクが実際の過冷却度に対応し、また、ステップS281で得られる目標軸トルクが目標過冷却度に対応することになる。上記図16におけるステップS200〜ステップS281は、本第4実施形態における過冷却度把握手段に対応する。また、ステップS227〜ステップS232の実行と、ステップS240〜ステップS281の実行とは、順番が逆となっても良い。   Note that the actual shaft torque of the expander 113 obtained in step S232 corresponds to the actual degree of supercooling, and the target shaft torque obtained in step S281 corresponds to the target degree of supercooling. Steps S200 to S281 in FIG. 16 correspond to the supercooling degree grasping means in the fourth embodiment. In addition, the execution of steps S227 to S232 and the execution of steps S240 to S281 may be reversed.

これにより、発電機114の出力W、回転数Neから算出される膨張機113の軸トルクを用いることで、第1実施形態と同様に容易に過冷却度を把握でき、効率的な液ポンプ111の作動が可能となる。尚、ここでは膨張機113の軸トルクを把握するために発電機114の出力Wと回転数Neを検出して算出するようにしているので、通常、発電機114の制御に用いられる出力信号および回転数信号を流用して、過冷却度の把握が可能となる。   Thereby, by using the shaft torque of the expander 113 calculated from the output W of the generator 114 and the rotational speed Ne, the degree of supercooling can be easily grasped similarly to the first embodiment, and the efficient liquid pump 111 can be obtained. Can be operated. Here, in order to grasp the shaft torque of the expander 113, the output W and the rotational speed Ne of the generator 114 are detected and calculated. Therefore, normally, an output signal used for controlling the generator 114 and It is possible to grasp the degree of supercooling by using the rotational speed signal.

(第5実施形態)
本発明の第5実施形態を図17に示す。第5実施形態は、上記第3、第4実施形態に対して、冷媒の過冷却度をランキンサイクル110内の他の機器の運転特性値としての膨張機113の回転数から把握するようにしものである。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the fifth embodiment, the degree of supercooling of the refrigerant is grasped from the rotational speed of the expander 113 as the operating characteristic value of other equipment in the Rankine cycle 110, compared to the third and fourth embodiments. It is.

ここでは、発電機114から出力される回転数信号が発電機用インバータ121から制御装置120に入力されるようにしている。尚、膨張機113においては、液ポンプ111から圧送される冷媒流量に応じて膨張仕事が確保されることから、膨張機113(発電機114)の回転数は液ポンプ111の冷媒流量に相関する。また、冷媒流量は過冷却度に相関することから、膨張機113の回転数は、間接的に過冷却度を示すものとなる。   Here, the rotational speed signal output from the generator 114 is input from the generator inverter 121 to the control device 120. In the expander 113, the expansion work is ensured according to the flow rate of the refrigerant pumped from the liquid pump 111. Therefore, the rotation speed of the expander 113 (the generator 114) correlates with the refrigerant flow rate of the liquid pump 111. . Further, since the refrigerant flow rate correlates with the degree of supercooling, the rotational speed of the expander 113 indirectly indicates the degree of supercooling.

以下、図17に示すフローチャートを用いて、膨張機113の回転数を用いた過冷却度把握の制御について説明する。   Hereinafter, the control for grasping the degree of supercooling using the rotation speed of the expander 113 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

制御装置120は、液ポンプ111への回転数指示をし(ステップS200)、液ポンプ111のモータ111aを駆動させ、ランキンサイクル110を作動させる(ステップS210)。ランキンサイクル110が作動されると膨張機113が作動され、ステップS229で膨張機114の実際の回転数を読込む(入力する)。   The controller 120 instructs the liquid pump 111 to rotate (step S200), drives the motor 111a of the liquid pump 111, and activates the Rankine cycle 110 (step S210). When Rankine cycle 110 is operated, expander 113 is operated, and the actual rotational speed of expander 114 is read (input) in step S229.

また、ステップS241、ステップS250で、エネルギー回収機113Aでの発電量を最大にするための膨張機113の目標トルクと、液ポンプ111の入口側圧力とが入力され、ステップS260、ステップS271でそれぞれ膨張機113の目標高圧、目標高低圧差を算出し、この結果からステップS282で膨張機113の目標回転数を算出する。   Further, in step S241 and step S250, the target torque of the expander 113 for maximizing the power generation amount in the energy recovery machine 113A and the inlet side pressure of the liquid pump 111 are input, and in steps S260 and S271, respectively. The target high pressure and the target high / low pressure difference of the expander 113 are calculated, and the target rotational speed of the expander 113 is calculated from the result in step S282.

尚、ステップS229で得られる膨張機113の実際の回転数が実際の過冷却度に対応し、また、ステップS282で得られる膨張機113の目標軸回転数が目標過冷却度に対応することになる。上記図17におけるステップS200〜ステップS282は、本第5実施形態における過冷却度把握手段に対応する。   Note that the actual rotational speed of the expander 113 obtained in step S229 corresponds to the actual supercooling degree, and the target shaft rotational speed of the expander 113 obtained in step S282 corresponds to the target supercooling degree. Become. Steps S200 to S282 in FIG. 17 correspond to the supercooling degree grasping means in the fifth embodiment.

次に、ステップS302で上記実際の回転数が目標回転数よりも小さいか否かを判定し、否と判定した場合、即ち、実際の回転数が目標回転数以上であると判定した場合は、液ポンプ111の入口側冷媒の過冷却度が充分に得られていると判定して、ステップS310で現在の制御状態(ランキンサイクル110の運転状態)を継続する。   Next, in step S302, it is determined whether or not the actual rotational speed is smaller than the target rotational speed. If it is determined that the actual rotational speed is greater than or equal to the target rotational speed, It is determined that the degree of supercooling of the refrigerant on the inlet side of the liquid pump 111 is sufficiently obtained, and the current control state (the operation state of the Rankine cycle 110) is continued in step S310.

しかしながら、ステップS302で実施の回転数が目標回転数より小さいと判定すると、過冷却度回復のために、ステップS400以降に進む。尚、上記ステップS302は、本第5実施形態における液ポンプ111の過冷却度の良否を判定する過冷却度判定手段に対応する。   However, if it is determined in step S302 that the actual rotational speed is smaller than the target rotational speed, the process proceeds to step S400 and subsequent steps in order to recover the degree of supercooling. Note that step S302 corresponds to a supercooling degree determination unit that determines whether the supercooling degree of the liquid pump 111 in the fifth embodiment is good or bad.

ステップS400では、液ポンプ111(モータ111a)の回転数を所定回転数分(例えば50rpm)低下させることで、液ポンプ111における入口側圧力を上昇させる(第1実施形態と同じ)。そして、ステップS412、ステップS421で液ポンプ111の回転数低下に伴う膨張機113の実際の回転数、目標回転数をそれぞれ算出する。ステップS432で、新たに得られた実際の回転数と目標回転数(ステップS412、ステップS421での算出結果)とを比較して、実際の回転数が目標回転数より大きい場合は、過冷却度が回復されたと判定して、ステップS440に進み、液ポンプ111の回転数を元の目標回転数(ステップS150での算出結果)まで上昇させていく。この時、液ポンプ111の回転数を例えば1%ずつ徐々に上げていく。そして、ステップS450で現在の制御状態(ランキンサイクル110の運転状態)を継続する。上記ステップS400〜ステップS450は、本第5実施形態における運転条件変更手段に対応する。   In step S400, the inlet side pressure in the liquid pump 111 is increased by reducing the rotational speed of the liquid pump 111 (motor 111a) by a predetermined rotational speed (for example, 50 rpm) (same as in the first embodiment). Then, the actual rotation speed and the target rotation speed of the expander 113 associated with the decrease in the rotation speed of the liquid pump 111 are calculated in steps S412 and S421. In step S432, the newly obtained actual rotational speed is compared with the target rotational speed (calculated results in step S412 and step S421), and if the actual rotational speed is greater than the target rotational speed, the degree of supercooling In step S440, the rotational speed of the liquid pump 111 is increased to the original target rotational speed (calculation result in step S150). At this time, the rotational speed of the liquid pump 111 is gradually increased by 1%, for example. In step S450, the current control state (running state of Rankine cycle 110) is continued. Steps S400 to S450 correspond to the operating condition changing means in the fifth embodiment.

しかし、ステップS432で実際の回転数が目標回転数以下であると判定(過冷却度が回復しないと判定)すると、ステップS400〜ステップS432を繰返す。尚、ステップS432とステップS400との間に、上記第1実施形態で説明した、停止手段(ステップS500〜ステップS520)を設けて、実行するようにしても良い。   However, if it is determined in step S432 that the actual rotational speed is equal to or lower than the target rotational speed (determined that the degree of supercooling does not recover), steps S400 to S432 are repeated. In addition, you may make it perform by providing the stop means (step S500-step S520) demonstrated in the said 1st Embodiment between step S432 and step S400.

これにより、膨張機113の回転数を用いることで、第1実施形態と同様に容易に過冷却度を把握でき、効率的な液ポンプ111の作動が可能となる。   Thereby, by using the rotation speed of the expander 113, the degree of supercooling can be easily grasped similarly to the first embodiment, and the operation of the liquid pump 111 can be performed efficiently.

(第6実施形態)
本発明の第6実施形態を図18に示す。第6実施形態は、上記第1〜第5実施形態に対して、冷媒の過冷却度が目標過冷却度以下の時に、運転状態変更手段として、放熱器116の放熱能力を可変させることにより、過冷却度を回復させるようにしたものである。尚、放熱器116の放熱能力の可変は、図示しない放熱器用送風機の回転数の可変にて対応する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the sixth embodiment, when the degree of supercooling of the refrigerant is equal to or lower than the target supercooling degree, the heat dissipating capacity of the radiator 116 is varied as the operating state changing means, compared to the first to fifth embodiments. The degree of supercooling is recovered. The variable heat dissipation capability of the radiator 116 corresponds to the variable rotation speed of a radiator fan (not shown).

具体的には、目標過冷却度をΔTa、放熱器用送風機によって放熱器116に供給される外部空気(冷却風)の温度をTb、放熱器116内の冷媒の飽和温度をTcとした時に、
ΔTa<(Tc−Tb)であると、即ち、目標過冷却度ΔTaに対して、飽和温度Tcと外部空気温度Tbとの温度差が充分大きく得られる場合は、放熱器116による放熱能力が充分得られることから、放熱器用送風機の回転数を徐々に上げる制御を行う。放熱器用送風機の回転数を上げることによって、放熱器116での放熱量が増加するため、過冷却度を増加させることができる(図18中のX→Y)。
Specifically, when the target supercooling degree is ΔTa, the temperature of the external air (cooling air) supplied to the radiator 116 by the radiator fan is Tb, and the saturation temperature of the refrigerant in the radiator 116 is Tc,
When ΔTa <(Tc−Tb), that is, when the temperature difference between the saturation temperature Tc and the external air temperature Tb is sufficiently large with respect to the target supercooling degree ΔTa, the heat dissipation capability of the radiator 116 is sufficient. Since it is obtained, control is performed to gradually increase the rotational speed of the radiator fan. By increasing the number of rotations of the radiator fan, the amount of heat dissipated in the radiator 116 increases, so that the degree of supercooling can be increased (X → Y in FIG. 18).

また、ΔTa>(Tc−Tb)であると、即ち、目標過冷却度ΔTaに対して、飽和温度Tcと外部空気温度Tbとの温度差が小さい場合は、放熱器116による放熱能力が充分得られないことから、ΔTa=(Tc-Tb)となるまで、放熱器用送風機を停止させる制御を行う。放熱器用送風機を一時的に止めることによって、放熱器116における冷媒圧力(液ポンプ111の入口側圧力)を上げて過冷却度を取ることができる(図18中のX→Z)。   Further, if ΔTa> (Tc−Tb), that is, if the temperature difference between the saturation temperature Tc and the external air temperature Tb is small with respect to the target supercooling degree ΔTa, sufficient heat dissipation capability by the radiator 116 is obtained. Since it is not possible, control is performed to stop the radiator fan until ΔTa = (Tc−Tb). By temporarily stopping the blower for the radiator, the refrigerant pressure (inlet side pressure of the liquid pump 111) in the radiator 116 can be increased to obtain the degree of supercooling (X → Z in FIG. 18).

(その他の実施形態)
上記第1〜第6実施形態では、熱輸送装置として、ランキンサイクル110を対象としたもので説明したが、これに限らず、ブラインシステムや、蓄熱空調システム等に適用しても良い。尚、ブラインシステムは、図19に示すように、液ポンプによって循環される2次側サイクルの冷媒(例えばCO)を1次側サイクルの冷媒(NH)で冷却するものである。また、蓄熱空調システムは、空調負荷の一部または全部を、空調時間以外の時間を利用して蓄熱槽に冷熱あるいは温熱として蓄えておき、空調時に必要に応じて蓄えた熱を液ポンプの作動により汲み上げて、負荷側に供給するものである。
(Other embodiments)
In the said 1st-6th embodiment, although demonstrated about what was made into the Rankine cycle 110 as a heat transport apparatus, you may apply not only to this but to a brine system, a thermal storage air-conditioning system, etc. As shown in FIG. 19, the brine system cools the secondary cycle refrigerant (for example, CO 2 ) circulated by the liquid pump with the primary cycle refrigerant (NH 3 ). In addition, the heat storage air conditioning system stores some or all of the air conditioning load in the heat storage tank as cold or hot heat using time other than the air conditioning time, and operates the liquid pump as needed during air conditioning. It is pumped up and supplied to the load side.

第1実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a Rankine cycle device in a 1st embodiment. 第1実施形態における液ポンプ、制御装置、インバータを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the liquid pump, control apparatus, and inverter in 1st Embodiment. (a)はインバータ電流に対する液ポンプの軸トルクの関係を示す第1制御特性、(b)は過冷却度に対する液ポンプの軸トルクの関係を示す第2制御特性である。(A) is the 1st control characteristic which shows the relationship of the axial torque of the liquid pump with respect to an inverter electric current, (b) is the 2nd control characteristic which shows the relationship of the axial torque of the liquid pump with respect to a supercooling degree. 第1実施形態における液ポンプ目標回転数算出のための制御フローである。It is a control flow for liquid pump target rotation speed calculation in a 1st embodiment. 第1実施形態における過冷却度把握のための制御フロー(過冷却度把握手段)である。It is a control flow (supercooling degree grasping means) for grasping the degree of supercooling in the first embodiment. 第1実施形態における過冷却度判定のための制御フロー(過冷却度判定手段)である。It is a control flow (supercooling degree determination means) for supercooling degree determination in 1st Embodiment. 第1実施形態における過冷却度回復のため、およびランキンサイクル保護のための制御フロー(運転状態変更手段および停止手段)である。It is a control flow (an operation state change means and a stop means) for supercooling degree recovery | restoration in 1st Embodiment, and Rankine cycle protection. (a)は第1実施形態における液ポンプの高圧側圧力の上昇時間を示すグラフ、(b)は従来技術における液ポンプの高圧側圧力の上昇時間を示すグラフである。(A) is a graph which shows the rise time of the high pressure side pressure of the liquid pump in 1st Embodiment, (b) is a graph which shows the rise time of the high pressure side pressure of the liquid pump in a prior art. 第2実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the Rankine-cycle apparatus in 2nd Embodiment. 第2実施形態における過冷却度把握、過冷却度判定、過冷却度回復のためのための制御フロー(過冷却度把握手段、過冷却度判定手段、運転状態変更手段)である。It is a control flow (supercooling degree grasping means, supercooling degree judging means, operation state changing means) for supercooling degree grasping, supercooling degree judgment, and supercooling degree recovery in the second embodiment. 第2実施形態の変形例におけるランキンサイクル装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the Rankine cycle apparatus in the modification of 2nd Embodiment. 第2実施形態の変形例における過冷却度把握、過冷却度判定、過冷却度回復のためのための制御フロー(過冷却度把握手段、過冷却度判定手段、運転状態変更手段)である。It is a control flow (supercooling degree grasping means, supercooling degree judging means, operation state changing means) for supercooling degree grasping, supercooling degree judgment, and supercooling degree recovery in a modification of the second embodiment. 第3実施形態におけるエネルギー回収機、制御装置、発電機用インバータを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the energy recovery machine in 3rd Embodiment, a control apparatus, and the inverter for generators. インバータ電流に対する膨張機の軸トルクの関係を示す第3制御特性である。It is a 3rd control characteristic which shows the relationship of the shaft torque of the expander with respect to an inverter electric current. 第3実施形態における過冷却度把握のためのための制御フロー(過冷却度把握手段)である。It is a control flow (supercooling degree grasping means) for supercooling degree grasping in a 3rd embodiment. 第4実施形態における過冷却度把握のためのための制御フロー(過冷却度把握手段)である。It is a control flow (supercooling degree grasping means) for grasping the degree of supercooling in the fourth embodiment. 第5実施形態における過冷却度把握、過冷却度判定、過冷却度回復のためのための制御フロー(過冷却度把握手段、過冷却度判定手段、運転状態変更手段)である。It is a control flow (supercooling degree grasping means, supercooling degree judging means, operation state changing means) for supercooling degree grasping, supercooling degree judgment, and supercooling degree recovery in the fifth embodiment. 第6実施形態における過冷却度回復状態を示す圧力−エンタルピ線図である。It is a pressure-enthalpy diagram which shows the supercooling degree recovery state in 6th Embodiment. 他の実施形態におけるブラインシステムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the brine system in other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100 ランキンサイクル装置(熱輸送装置)
110 ランキンサイクル(回路)
111 液ポンプ
112 蒸気発生器
113 膨張機
114 発電機
116 放熱器(他の機器)
120 制御装置
121 インバータ
100 Rankine cycle equipment (heat transport equipment)
110 Rankine cycle (circuit)
111 Liquid pump 112 Steam generator 113 Expander 114 Generator 116 Radiator (other equipment)
120 Control device 121 Inverter

Claims (22)

回路(110)内の液相流体を吸入して圧送する液ポンプ(111)を有し、前記流体を媒体として熱を輸送する熱輸送装置において、
前記液ポンプ(111)、あるいは前記回路(110)内の他の機器(116)の運転特性値、あるいは前記流体の作動特性値から前記液ポンプ(111)に流入する前記流体の過冷却度を把握する過冷却度把握手段(S200〜S280)と、
前記過冷却度把握手段(S200〜S280)で得られた過冷却度が、予め定めた所定過冷却度より低い時に、前記過冷却度を高めるように前記液ポンプ(111)、あるいは前記他の機器(116)の運転状態を変更する運転状態変更手段(S400〜S450)とを備えることを特徴とする熱輸送装置。
In a heat transport device having a liquid pump (111) for sucking and pumping a liquid phase fluid in a circuit (110), and transporting heat using the fluid as a medium,
The degree of supercooling of the fluid flowing into the liquid pump (111) from the operating characteristic value of the liquid pump (111) or another device (116) in the circuit (110) or the operating characteristic value of the fluid is determined. Supercooling degree grasping means (S200 to S280) to grasp,
When the supercooling degree obtained by the supercooling degree grasping means (S200 to S280) is lower than a predetermined supercooling degree, the liquid pump (111) or the other An operation state changing means (S400 to S450) for changing the operation state of the device (116).
前記回路(110)は、前記液ポンプ(111)から圧送される前記液相流体を外部高熱源の熱によって加熱して過熱蒸気とする蒸気発生器(112)と、
前記蒸気発生器(112)から流出される前記過熱蒸気の膨張により動力を回収する膨張機(113)と、
前記膨張機(113)から流出される前記過熱蒸気を凝縮液化させて、前記液相流体として前記液ポンプ(111)側に流出させる放熱器(116)とを有するランキンサイクル(110)であることを特徴とする請求項1に記載の熱輸送装置。
The circuit (110) includes a steam generator (112) that heats the liquid phase fluid pumped from the liquid pump (111) with heat from an external high heat source to form superheated steam;
An expander (113) for recovering power by expansion of the superheated steam flowing out from the steam generator (112);
It is a Rankine cycle (110) having a radiator (116) that condenses and liquefies the superheated steam flowing out from the expander (113) and flows out to the liquid pump (111) side as the liquid phase fluid. The heat transport device according to claim 1.
前記過冷却度把握手段(S200〜S280)は、前記液ポンプ(111)の軸トルクから間接的に前記過冷却度を把握することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱輸送装置。   The heat transport according to claim 1 or 2, wherein the supercooling degree grasping means (S200 to S280) indirectly grasps the supercooling degree from an axial torque of the liquid pump (111). apparatus. 前記過冷却度把握手段(S200〜S280)は、前記液ポンプ(111)吸入側の前記液相流体の圧力、温度、密度のうちいずれか2つから前記過冷却度を把握することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱輸送装置。   The supercooling degree grasping means (S200 to S280) grasps the supercooling degree from any two of the pressure, temperature and density of the liquid phase fluid on the suction side of the liquid pump (111). The heat transport device according to claim 1 or 2. 前記過冷却度把握手段(S200〜S280)は、前記膨張機(113)の軸トルクから間接的に前記過冷却度を把握することを特徴とする請求項2に記載の熱輸送装置。   The heat transport device according to claim 2, wherein the supercooling degree grasping means (S200 to S280) grasps the supercooling degree indirectly from the axial torque of the expander (113). 前記膨張機(113)には、回収される動力によって駆動されて発電する発電機(114)が接続されており、
前記膨張機(113)の軸トルクは、前記発電機(114)で発生される電流から把握されることを特徴とする請求項5に記載の熱輸送装置。
The expander (113) is connected to a generator (114) that is driven by the recovered power to generate power,
The heat transport device according to claim 5, wherein the shaft torque of the expander (113) is grasped from a current generated by the generator (114).
前記膨張機(113)には、回収される動力によって駆動されて発電する発電機(114)が接続されており、
前記膨張機(113)の軸トルクは、前記発電機(114)で発生される電力と回転数とから把握されることを特徴とする請求項5に記載の熱輸送装置。
The expander (113) is connected to a generator (114) that is driven by the recovered power to generate power,
The heat transport device according to claim 5, wherein the shaft torque of the expander (113) is grasped from electric power generated by the generator (114) and a rotational speed.
前記過冷却度把握手段(S200〜S280)は、前記膨張機(113)の回転数から間接的に前記過冷却度を把握することを特徴とする請求項2に記載の熱輸送装置。   The heat transport device according to claim 2, wherein the supercooling degree grasping means (S200 to S280) grasps the supercooling degree indirectly from the rotational speed of the expander (113). 前記運転状態変更手段(S400〜S450)は、前記液ポンプ(111)の回転数を低下させ、その後に徐々にもとの回転数に戻すことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載の熱輸送装置。   The operating state changing means (S400 to S450) reduces the rotational speed of the liquid pump (111) and then gradually returns it to the original rotational speed. The heat transport device according to claim 1. 前記運転状態変更手段(S400〜S450)によって前記過冷却度が前記所定過冷却度以上に高められない場合に、前記液ポンプ(111)の運転を停止する停止手段(S500〜S520)を有することを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか1つに記載の熱輸送装置。   Stop means (S500 to S520) for stopping the operation of the liquid pump (111) when the degree of supercooling cannot be raised to the predetermined degree or lower by the operating state changing means (S400 to S450). The heat transport device according to any one of claims 1 to 9, wherein 前記放熱器(116)には、前記過熱蒸気冷却用の冷却風を供給する送風機が備えられており、
前記運転状態変更手段は、前記送風機の回転数を可変させることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載の熱輸送装置。
The radiator (116) includes a blower for supplying cooling air for cooling the superheated steam,
The heat transport device according to any one of claims 1 to 8, wherein the operating state changing unit varies a rotational speed of the blower.
回路(110)内の液相流体を吸入して圧送する液ポンプ(111)を有し、前記流体を媒体として熱を輸送する熱輸送装置の制御方法であって、
前記液ポンプ(111)、あるいは前記回路(110)内の他の機器(116)の運転特性値、あるいは前記流体の作動特性値から前記液ポンプ(111)に流入する前記流体の過冷却度を把握し、
把握した前記過冷却度が、予め定めた所定過冷却度より低い時に、前記過冷却度を高めるように前記液ポンプ(111)、あるいは前記他の機器(116)の運転状態を変更することを特徴とする熱輸送装置の制御方法。
A control method of a heat transport device having a liquid pump (111) for sucking and pumping a liquid phase fluid in a circuit (110), and transporting heat using the fluid as a medium,
The degree of supercooling of the fluid flowing into the liquid pump (111) from the operating characteristic value of the liquid pump (111) or another device (116) in the circuit (110) or the operating characteristic value of the fluid is determined. Grasp,
Changing the operating state of the liquid pump (111) or the other device (116) to increase the supercooling degree when the grasped supercooling degree is lower than a predetermined supercooling degree. A control method for a heat transport device.
前記回路(110)は、前記液ポンプ(111)から圧送される前記液相流体を外部高熱源の熱によって加熱して過熱蒸気とする蒸気発生器(112)と、
前記蒸気発生器(112)から流出される前記過熱蒸気の膨張により動力を回収する膨張機(113)と、
前記膨張機(113)から流出される前記過熱蒸気を凝縮液化させて、前記液相流体として前記液ポンプ(111)側に流出させる放熱器(116)とを有するランキンサイクル(110)であることを特徴とする請求項12に記載の熱輸送装置の制御方法。
The circuit (110) includes a steam generator (112) that heats the liquid phase fluid pumped from the liquid pump (111) with heat from an external high heat source to form superheated steam;
An expander (113) for recovering power by expansion of the superheated steam flowing out from the steam generator (112);
It is a Rankine cycle (110) having a radiator (116) that condenses and liquefies the superheated steam flowing out from the expander (113) and flows out to the liquid pump (111) side as the liquid phase fluid. The method for controlling a heat transport device according to claim 12.
前記液ポンプ(111)の軸トルクから間接的に前記過冷却度を把握することを特徴とする請求項12または請求項13に記載の熱輸送装置の制御方法。   The method for controlling a heat transport device according to claim 12 or 13, wherein the degree of supercooling is indirectly grasped from an axial torque of the liquid pump (111). 前記液ポンプ(111)吸入側の前記液相流体の圧力、温度、密度のうちいずれか2つから前記過冷却度を把握することを特徴とする請求項12または請求項13に記載の熱輸送装置の制御方法。   The heat transport according to claim 12 or 13, wherein the degree of supercooling is determined from any two of pressure, temperature, and density of the liquid phase fluid on the suction side of the liquid pump (111). Control method of the device. 前記膨張機(113)の軸トルクから間接的に前記過冷却度を把握することを特徴とする請求項13に記載の熱輸送装置の制御方法。   The method for controlling a heat transport device according to claim 13, wherein the degree of supercooling is indirectly grasped from a shaft torque of the expander (113). 前記膨張機(113)には、回収される動力によって駆動されて発電する発電機(114)が接続されており、
前記発電機(114)で発生される電流から前記膨張機(113)の軸トルクを把握することを特徴とする請求項16に記載の熱輸送装置の制御方法。
The expander (113) is connected to a generator (114) that is driven by the recovered power to generate power,
The method of controlling a heat transport device according to claim 16, wherein the shaft torque of the expander (113) is grasped from a current generated by the generator (114).
前記膨張機(113)には、回収される動力によって駆動されて発電する発電機(114)が接続されており、
前記発電機(114)で発生される電力と回転数とから前記膨張機(113)の軸トルクを把握することを特徴とする請求項16に記載の熱輸送装置の制御方法。
The expander (113) is connected to a generator (114) that is driven by the recovered power to generate power,
The method for controlling a heat transport device according to claim 16, wherein the shaft torque of the expander (113) is obtained from the electric power and the rotational speed generated by the generator (114).
前記膨張機(113)の回転数から間接的に前記過冷却度を把握することを特徴とする請求項13に記載の熱輸送装置の制御方法。   The method for controlling a heat transport device according to claim 13, wherein the degree of supercooling is grasped indirectly from the rotational speed of the expander (113). 前記液ポンプ(111)の回転数を低下させ、その後に徐々にもとの回転数に戻すことで前記過冷却度を高めることを特徴とする請求項12〜請求項19のいずれか1つに記載の熱輸送装置の制御方法。   20. The supercooling degree is increased by lowering the rotational speed of the liquid pump (111) and then gradually returning to the original rotational speed. The control method of the heat transport apparatus as described. 前記液ポンプ(111)、あるいは前記他の機器(116)の運転状態を変更しても、前記過冷却度が前記所定過冷却度以上に高められない場合に、前記液ポンプ(111)の運転を停止することを特徴とする請求項12〜請求項20のいずれか1つに記載の熱輸送装置の制御方法。   The operation of the liquid pump (111) is performed when the degree of supercooling cannot be increased beyond the predetermined degree of supercooling even if the operation state of the liquid pump (111) or the other device (116) is changed. The method for controlling a heat transport device according to any one of claims 12 to 20, wherein the control is stopped. 前記放熱器(116)には、前記過熱蒸気冷却用の冷却風を供給する送風機が備えられており、
前記送風機の回転数を可変させることで前記過冷却度を高めることを特徴とする請求項12〜請求項19のいずれか1つに記載の熱輸送装置の制御方法。
The radiator (116) includes a blower for supplying cooling air for cooling the superheated steam,
The method for controlling a heat transport device according to any one of claims 12 to 19, wherein the degree of supercooling is increased by changing a rotation speed of the blower.
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