JP5934052B2

JP5934052B2 - ランキンサイクルシステム

Info

Publication number: JP5934052B2
Application number: JP2012178695A
Authority: JP
Inventors: 中村　正明; 正明中村
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: JP2014037774A

Description

本発明は、車両に搭載されるランキンサイクルシステムに関する。

従来から、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、ポンプと、を備えるランキンサイクルシステムが知られている。そして、特許文献１，２には、このようなランキンサイクルシステムにおいて、膨張機と凝縮器との間の流路を流れる作動媒体とポンプと蒸発器との間の流路を流れる作動媒体との間で熱交換を行う再生器を設けることが記載されている。

特開２００９−１３３２６６号公報特開２０１１−０２７０００号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載のランキンサイクルシステムでは、膨張機と凝縮器との間の流路を流れる作動媒体とポンプと蒸発器との間の流路を流れる作動媒体とを近接させる必要があるため、配置自由度が低くなる。一方、配置自由度を向上させるために膨張機と凝縮器との間の流路を流れる作動媒体とポンプと蒸発器との間の流路を流れる作動媒体とを離間させると、再生器として機能しなくなるため、ランキンサイクル効率を十分に向上させることができない。

そこで、本発明は、配置自由度を向上させつつランキンサイクル効率を向上させることができるランキンサイクルシステムを提供することを目的とする。

本発明に係るランキンサイクルシステムは、車両に搭載されるランキンサイクルシステムであって、作動媒体の流れ方向において蒸発器の上流側に取り付けられる蒸発器用熱交換器と、作動媒体の流れ方向において凝縮器の上流側に取り付けられる凝縮器用熱交換器と、蒸発器用熱交換器と凝縮器用熱交換器とに接続される伝熱部材を備える。

本発明に係るランキンサイクルシステムによれば、蒸発器及び凝縮器の上流側に蒸発器用熱交換器及び凝縮器用熱交換器が取り付けられているため、蒸発器における作動媒体の加熱能力を小さくすることができるとともに、凝縮器における作動媒体の冷却能力を小さくすることができる。そして、蒸発器用熱交換器と凝縮器用熱交換器とに伝熱部材が接続されているため、蒸発器用熱交換器と凝縮器用熱交換器とが再生器として機能する。つまり、凝縮器用熱交換器により伝熱部材が加熱されるとともに、蒸発器用熱交換器により伝熱部材が冷却されるため、凝縮器用熱交換器では、冷却された伝熱部材により膨張機後の高温作動媒体が冷却され、蒸発器用熱交換器では、加熱された伝熱部材により作動媒体が加熱される。これにより、配置自由度を向上させつつランキンサイクル効率を向上させることができ、更には、蒸発器及び凝縮器を小型化することもできる。

また、本発明は、伝熱部材がヒートパイプであるものとすることができる。これにより、凝縮器用熱交換器においてヒートパイプが加熱されると、ヒートパイプ内の作動媒体が蒸発して蒸発器用熱交換器側に移動するため、熱エネルギーを凝縮器用熱交換器側から蒸発器用熱交換器側に移動させることができる。これにより、熱エネルギーの再生効率を効果的に向上させることができる。

また、本発明は、蒸発器用熱交換器と蒸発器とが離間されており、凝縮器用熱交換器と凝縮器とが離間されているものとすることができる。このように蒸発器用熱交換器及び凝縮器用熱交換器と蒸発器及び凝縮器とを離間させることで、ランキンサイクルシステムの配置自由度が更に向上する。

本発明によれば、配置自由度を向上させつつランキンサイクル効率を向上させることができる。

ランキンサイクルシステムの基本原理図である。実施形態に係るランキンサイクルシステムを示すブロック図である。図２に示すランキンサイクルシステムの変形例を示すブロック図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係るランキンサイクルシステムは、トラックなどの車両に搭載されるものである。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、本実施形態に係るランキンサイクルシステムを説明する前に、ランキンサイクルシステムの基本原理について簡単に説明する。

図１は、ランキンサイクルシステムの基本原理図である。なお、図１において、右方は車両上下方向における上方を示しており、左方は車両上下方向における下方を示している。図１に示すように、ランキンサイクルシステムは、エンジン冷却水や排気ガスなどの車両の熱源を利用して作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発器１と、蒸発器１で蒸発された作動媒体を利用して発電を行う膨張機２と、車両の冷熱源などにより膨張機２において発電に利用された作動媒体を冷却して凝縮する凝縮器３と、凝縮器３で凝縮された作動媒体を圧縮して蒸発器１に送り出すポンプ４と、を備えている。そして、蒸発器１には、車両の熱源と作動媒体との熱交換を行う熱交換器（不図示）が設けられており、凝縮器３には、車両の冷熱源と作動媒体との熱交換を行う熱交換器（不図示）が設けられている。

次に、実施形態に係るランキンサイクルシステムについて説明する。

図２は、実施形態に係るランキンサイクルシステムを示すブロック図である。なお、図２において、右方は車両上下方向における上方を示しており、左方は車両上下方向における下方を示している。図２に示すように、本実施形態に係るランキンサイクルシステム１０は、蒸発器１と、膨張機２と、凝縮器３と、ポンプ４と、蒸発器用熱交換器１１と、凝縮器用熱交換器１２と、ヒートパイプ１３と、を備えている。

蒸発器用熱交換器１１は、ランキンサイクルシステム１０の作動媒体の熱交換を行う熱交換器である。蒸発器用熱交換器１１は、作動媒体の流れ方向において蒸発器１の上流側に蒸発器１から離間するように配置されている。なお、蒸発器用熱交換器１１としては、公知の様々な熱交換器を採用することができる。

凝縮器用熱交換器１２は、ランキンサイクルシステム１０の作動媒体の熱交換を行う熱交換器である。凝縮器用熱交換器１２は、作動媒体の流れ方向において凝縮器３の上流側に凝縮器３から離間するように配置されている。なお、凝縮器用熱交換器１２としては、公知の様々な熱交換器を採用することができる。

ヒートパイプ１３は、蒸発器用熱交換器１１と凝縮器用熱交換器１２との間の熱交換を行うための伝熱部材である。具体的に説明すると、ヒートパイプ１３は、内部にヒートパイプ用作動媒体が封入されており、高温部においてヒートパイプ用作動媒体が蒸発し、この蒸発したヒートパイプ用作動媒体が低温部に移動し、低温部においてヒートパイプ用作動媒体が凝縮し、この凝縮したヒートパイプ用作動媒体がウィック（毛細管構造の芯）を伝って高温部に移動するものである。そして、ヒートパイプ１３の一方端部１３ａが、蒸発器用熱交換器１１に接続されて低温部として機能し、ヒートパイプ１３の他方端部１３ｂが、凝縮器用熱交換器１２に接続されて高温部として機能する。なお、ヒートパイプ１３としては、蒸発器用熱交換器１１と凝縮器用熱交換器１２との間で熱交換を行うことができる公知の様々なヒートパイプを採用することができ、その形状や構造についても特に限定されない。

次に、本実施形態に係るランキンサイクルシステム１０の作用について説明する。

まず、膨張機２から凝縮器３側に送られる高温の作動媒体は、凝縮器用熱交換器１２に流れ込む。凝縮器用熱交換器１２では、作動媒体の熱エネルギーがヒートパイプ１３の他方端部１３ｂ内のヒートパイプ用作動媒体に吸収されることにより、高温の作動媒体が冷却される。このとき、ヒートパイプ１３では、他方端部１３ｂにおいて熱エネルギーを吸収したヒートパイプ用作動媒体が蒸発し、この蒸発したヒートパイプ用作動媒体が一方端部１３ａ側に移動する。そして、凝縮器用熱交換器１２において冷却された作動媒体は、ポンプ４により送り出されて蒸発器用熱交換器１１に流れ込む。蒸発器用熱交換器１１では、ヒートパイプ１３の他方端部１３ｂにおいて熱エネルギーを吸収したヒートパイプ用作動媒体からヒートパイプ１３の一方端部１３ａにおいて熱エネルギーが放出されることで、低温の作動媒体が加熱される。このとき、ヒートパイプ１３では、一方端部１３ａにおいて熱エネルギーを放出したヒートパイプ用作動媒体が凝縮し、この凝縮したヒートパイプ用作動媒体が他方端部１３ｂ側に移動する。そして、蒸発器用熱交換器１１において加熱された作動媒体は、蒸発器１において加熱されて膨張機２に流れ込み、膨張機２において発電に利用された後に、再度凝縮器用熱交換器１２に流れ込む。

このように、本実施形態に係るランキンサイクルシステム１０によれば、蒸発器１及び凝縮器３の上流側に蒸発器用熱交換器１１及び凝縮器用熱交換器１２が取り付けられているため、凝縮器３における作動媒体の冷却能力を小さくすることができるとともに、蒸発器１における作動媒体の加熱能力を小さくすることができる。そして、蒸発器用熱交換器１１と凝縮器用熱交換器１２とにヒートパイプ１３が接続されているため、蒸発器用熱交換器１１と凝縮器用熱交換器１２とが再生器として機能する。これにより、配置自由度を向上させつつランキンサイクル効率を向上させることができ、更には、蒸発器１及び凝縮器３を小型化することもできる。

また、蒸発器用熱交換器１１及び凝縮器用熱交換器１２と蒸発器１及び凝縮器３とが離間しているため、ランキンサイクルシステムの配置自由度が更に向上する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、蒸発器用熱交換器１１と凝縮器用熱交換器１２とに接続される伝熱部材としてヒートパイプ１３を採用するものとして説明したが、これに限らず、蒸発器用熱交換器１１と凝縮器用熱交換器１２との間で熱交換を行うことができる公知の様々な伝熱部材を採用することができる。

また、上記実施形態では、蒸発器用熱交換器１１及び凝縮器用熱交換器１２に蒸発器１及び凝縮器３が離間して取り付けられるものとして説明したが、図３に示すように、蒸発器用熱交換器及び凝縮器用熱交換器と蒸発器及び凝縮器とを一体的に取り付けるものとしてもよい。このように一体的に取り付けることで、ランキンサイクルシステムの小型化を図ることができる。

図３に示すランキンサイクルシステム２０は、蒸発器用熱交換器１１及び凝縮器用熱交換器１２の代わりに蒸発器用熱交換器２１及び凝縮器用熱交換器２２が設けられている。なお、図３において、右方は車両上下方向における上方を示しており、左方は車両上下方向における下方を示している。そして、蒸発器用熱交換器２１が、作動媒体の流れ方向において蒸発器１の上流側に一体的に取り付けられており、凝縮器用熱交換器２２が、作動媒体の流れ方向において凝縮器３の上流側に一体的に取り付けられている。この場合、蒸発器用熱交換器２１は、蒸発器１に設けられて車両の熱源と作動媒体との熱交換を行う熱交換器（不図示）と一体であってもよく、この熱交換器（不図示）と別体であってもよい。また、凝縮器用熱交換器２２は、凝縮器３に設けられて車両の熱源と作動媒体との熱交換を行う熱交換器（不図示）と一体であってもよく、この熱交換器（不図示）と別体であってもよい。

また、上記実施形態では、ランキンサイクルシステムが搭載される車両としてトラックを例示しているが、例えばバス、トラクタ又はその他の車両でもよい。

１…蒸発器、２…膨張機、３…凝縮器、４…ポンプ、１０…ランキンサイクルシステム、１１…蒸発器用熱交換器、１２…凝縮器用熱交換器、１３…ヒートパイプ、１３ａ…一方端部、１３ｂ…他方端部、２０…ランキンサイクルシステム、２１…蒸発器用熱交換器、２２…凝縮器用熱交換器。

Claims

車両に搭載されるランキンサイクルシステムであって、
作動媒体の流れ方向において蒸発器の上流側に取り付けられる蒸発器用熱交換器と、
作動媒体の流れ方向において凝縮器の上流側に取り付けられる凝縮器用熱交換器と、
前記蒸発器用熱交換器と前記凝縮器用熱交換器とに接続される伝熱部材を備えるランキンサイクルシステム。
前記伝熱部材は、ヒートパイプである、
請求項１に記載のランキンサイクルシステム。
前記蒸発器用熱交換器と前記蒸発器とが離間されており、
前記凝縮器用熱交換器と前記凝縮器とが離間されている、
請求項１又は２に記載のランキンサイクルシステム。