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技術 ランキンサイクル装置

出願人 株式会社豊田自動織機
発明者 片山和雄井口雅夫森英文榎島史修石黒文彦
出願日 2012年4月5日 (8年7ヶ月経過) 出願番号 2012-086443
公開日 2013年10月24日 (7年1ヶ月経過) 公開番号 2013-217222
状態 未査定
技術分野 排気消音装置 排気還流装置 熱ガス機関
主要キーワード 作動流体回路 流量変更 流れの形 直交流 冷媒バイパス 並行流 低温熱源 ランキンサイクル装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年10月24日)のものです。
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図面 (6)

課題

エンジン吸入される前にEGRガスを冷却することができるとともに、膨張機に吸入される前に作動流体を加熱すること。

解決手段

冷媒循環回路11において、第1EGRガス用熱交換器51、低温熱源用熱交換器53及び第2EGRガス用熱交換器52を、ポンプ40の出口から膨張機20の入口までの間で直列接続した。さらに、第1EGRガス用熱交換器51を、ポンプ40の出口から膨張機20の入口までの冷媒流通方向における最上流に配置するとともに、第2EGRガス用熱交換器52を、ポンプ40の出口から膨張機20の入口までの冷媒の流通方向における最下流に配置した。

概要

背景

この種のランキンサイクル装置としては、例えば特許文献1のものが挙げられる。特許文献1のランキンサイクル装置は、エンジンから排気される燃焼ガス排気ガス)の一部であるEGRガス熱源として、蒸気発生器を流れる作動流体を加熱する。そして、蒸気発生器で加熱された作動流体を膨張機吸入し、膨張機により作動流体を略等エントロピ的に減圧膨張することで、作動流体の有する熱エネルギー回転エネルギー等の機械的エネルギーに変換する。

概要

エンジンに吸入される前にEGRガスを冷却することができるとともに、膨張機に吸入される前に作動流体を加熱すること。冷媒循環回路11において、第1EGRガス用熱交換器51、低温熱源用熱交換器53及び第2EGRガス用熱交換器52を、ポンプ40の出口から膨張機20の入口までの間で直列接続した。さらに、第1EGRガス用熱交換器51を、ポンプ40の出口から膨張機20の入口までの冷媒流通方向における最上流に配置するとともに、第2EGRガス用熱交換器52を、ポンプ40の出口から膨張機20の入口までの冷媒の流通方向における最下流に配置した。

目的

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンに吸入される前にEGRガスを冷却することができるとともに、膨張機に吸入される前に作動流体を加熱することができるランキンサイクル装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

作動流体を圧送するポンプと、前記ポンプにより圧送された前記作動流体をエンジンから排気されるEGRガス熱交換させる複数のEGRガス用熱交換器と、前記EGRガスの温度よりも低温である熱源と前記作動流体とを熱交換させる少なくとも一つの低温熱源用熱交換器と、前記複数のEGRガス用熱交換器及び前記低温熱源用熱交換器で熱交換された作動流体を膨張させて機械的エネルギーを出力する膨張機と、前記膨張機で膨張された作動流体を凝縮させる凝縮器と、から作動流体回路が形成されており、各EGRガス用熱交換器及び低温熱源用熱交換器は、前記ポンプの出口から前記膨張機の入口までの間で直列接続されており、前記ポンプの出口から前記膨張機の入口までの前記作動流体の流通方向における最上流には、前記複数のEGRガス用熱交換器のうちの一つである最上流EGRガス用熱交換器が配置されるとともに、前記ポンプの出口から前記膨張機の入口までの前記作動流体の流通方向における最下流には、前記複数のEGRガス用熱交換器のうちの一つである最下流EGRガス用熱交換器が配置されており、前記最下流EGRガス用熱交換器には、前記EGRガスの流通方向における最上流のEGRガスが流入し、前記最上流EGRガス用熱交換器には、前記EGRガスの流通方向における最下流のEGRガスが流入することを特徴とするランキンサイクル装置

請求項2

前記作動流体回路に、前記最上流EGRガス用熱交換器をバイパスする作動流体バイパス通路と、前記作動流体バイパス通路と前記最上流EGRガス用熱交換器とへ流れる前記作動流体の流量を変更する流量変更手段と、を設けたことを特徴とする請求項1に記載のランキンサイクル装置。

請求項3

前記作動流体回路において、前記低温熱源用熱交換器、及び前記最上流EGRガス用熱交換器への前記作動流体の流通順序を変更する流通順序変更手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載のランキンサイクル装置。

請求項4

前記流通順序変更手段は、前記最上流EGRガス用熱交換器を流れる前記作動流体の流通方向と、前記最上流EGRガス用熱交換器を流れるEGRガスの流通方向とを維持しながら前記作動流体の流通順序を変更することを特徴とする請求項3に記載のランキンサイクル装置。

技術分野

0001

本発明は、ランキンサイクル装置に関する。

背景技術

0002

この種のランキンサイクル装置としては、例えば特許文献1のものが挙げられる。特許文献1のランキンサイクル装置は、エンジンから排気される燃焼ガス排気ガス)の一部であるEGRガス熱源として、蒸気発生器を流れる作動流体を加熱する。そして、蒸気発生器で加熱された作動流体を膨張機吸入し、膨張機により作動流体を略等エントロピ的に減圧膨張することで、作動流体の有する熱エネルギー回転エネルギー等の機械的エネルギーに変換する。

先行技術

0003

特開2005−42618号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、高温のEGRガスが吸入空気と混合されてエンジンに再び吸気されると、エンジン内の燃焼温度が上昇して、エンジンから排気される排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)が発生し易くなってしまう。よって、EGRガスは、蒸気発生器において作動流体と熱交換されることで十分に冷却されるのが望ましい。また、低温の作動流体が膨張機に吸入されると、膨張機によって機械的エネルギーを十分に取り出すことができなくなってしまう虞がある。よって、作動流体は、蒸気発生器においてEGRガスと熱交換されることで十分に加熱されるのが望ましい。

0005

そこで、ランキンサイクル装置において、例えば、作動流体を、エンジン冷却水や、過給機過給により温度上昇した吸入空気等のEGRガスよりも低温である熱源と熱交換させる低温熱源熱交換器を、蒸気発生器よりも作動流体の流通方向における上流側に配置する。すると、作動流体は、低温熱源用熱交換器を通過する際に、EGRガスよりも低温である熱源と熱交換されて加熱されるとともに、蒸気発生器を通過する際に、EGRガスと熱交換されてさらに加熱されるため、作動流体を十分に加熱することができる。しかし、作動流体は、低温熱源用熱交換器において、EGRガスよりも低温である熱源と熱交換されて温度が上昇するため、EGRガスは、蒸気発生器において十分に冷却されなくなってしまう虞がある。

0006

そこで、例えば、低温熱源用熱交換器を、蒸気発生器よりも作動流体の流通方向における下流側に配置する。すると、EGRガスは、蒸気発生器において、低温熱源用熱交換器でEGRガスよりも低温である熱源と熱交換される前の作動流体と熱交換されるため、EGRガスを十分に冷却することができる。しかし、作動流体は、蒸気発生器において、EGRガスと熱交換されることで、EGRガスよりも低温である熱源の温度よりも高い温度まで加熱される場合がある。そして、低温熱源用熱交換器において、蒸気発生器で温度上昇した作動流体と、EGRガスよりも低温である熱源とが熱交換されると、作動流体の温度が低下してしまい、作動流体の加熱が不十分になってしまう虞がある。

0007

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンに吸入される前にEGRガスを冷却することができるとともに、膨張機に吸入される前に作動流体を加熱することができるランキンサイクル装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、作動流体を圧送するポンプと、前記ポンプにより圧送された前記作動流体をエンジンから排気されるEGRガスと熱交換させる複数のEGRガス用熱交換器と、前記EGRガスの温度よりも低温である熱源と前記作動流体とを熱交換させる少なくとも一つの低温熱源用熱交換器と、前記複数のEGRガス用熱交換器及び前記低温熱源用熱交換器で熱交換された作動流体を膨張させて機械的エネルギーを出力する膨張機と、前記膨張機で膨張された作動流体を凝縮させる凝縮器と、から作動流体回路が形成されており、各EGRガス用熱交換器及び低温熱源用熱交換器は、前記ポンプの出口から前記膨張機の入口までの間で直列接続されており、前記ポンプの出口から前記膨張機の入口までの前記作動流体の流通方向における最上流には、前記複数のEGRガス用熱交換器のうちの一つである最上流EGRガス用熱交換器が配置されるとともに、前記ポンプの出口から前記膨張機の入口までの前記作動流体の流通方向における最下流には、前記複数のEGRガス用熱交換器のうちの一つである最下流EGRガス用熱交換器が配置されており、前記最下流EGRガス用熱交換器には、前記EGRガスの流通方向における最上流のEGRガスが流入し、前記最上流EGRガス用熱交換器には、前記EGRガスの流通方向における最下流のEGRガスが流入することを要旨とする。

0009

この発明によれば、最下流EGRガス用熱交換器を通過するEGRガスは、低温熱源用熱交換器で熱交換されて温度が上昇した作動流体と熱交換されるが、その後、最上流EGRガス用熱交換器において、ポンプから圧送された直後の低温の作動流体と熱交換されるため、エンジンに吸入される前にEGRガスを十分に冷却することができる。また、最上流EGRガス用熱交換器を通過する作動流体は、EGRガスとの熱交換によって加熱された後、低温熱源用熱交換器での熱交換により、温度が低下してしまう場合があるが、その後、最下流EGRガス用熱交換器において、EGRガスと熱交換されるため、膨張機に吸入される前に作動流体を十分に加熱することができる。

0010

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記作動流体回路に、前記最上流EGRガス用熱交換器をバイパスする作動流体バイパス通路と、前記作動流体バイパス通路と前記最上流EGRガス用熱交換器とへ流れる前記作動流体の流量を変更する流量変更手段と、を設けたことを要旨とする。

0011

例えば、流量変更手段により、作動流体バイパス通路へ流れる作動流体の流量よりも最上流EGRガス用熱交換器へ流れる作動流体の流量を少なくする。これにより、最上流EGRガス用熱交換器でEGRガスが作動流体に奪われる熱量が少なくなり、EGRガスが過冷却になってしまうことを防止することが可能となる。その結果として、EGRガスの温度が低くなり過ぎて、EGRガス中に含まれる水分が凝縮して硫黄酸化物SOx)と反応することで硫酸が生じ、この硫酸により、EGRガスが流れるEGR通路構成部品劣化してしまうことを防止することができる。

0012

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記作動流体回路において、前記低温熱源用熱交換器、及び前記最上流EGRガス用熱交換器への前記作動流体の流通順序を変更する流通順序変更手段をさらに備えたことを要旨とする。

0013

例えば、流通順序変更手段により、作動流体の流通順序を、低温熱源用熱交換器、最上流EGRガス用熱交換器の順にする。これにより、最上流EGRガス用熱交換器を通過するEGRガスは、低温熱源用熱交換器で熱交換されて温度が上昇した作動流体と熱交換されるため、EGRガスが過冷却になってしまうことを防止することができる。

0014

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記流通順序変更手段は、前記最上流EGRガス用熱交換器を流れる前記作動流体の流通方向と、前記最上流EGRガス用熱交換器を流れるEGRガスの流通方向とを維持しながら前記作動流体の流通順序を変更することを要旨とする。

0015

この発明によれば、流通順序変更手段により作動流体の流通順序を変更する前と後とで、最上流EGRガス用熱交換器を流れる作動流体の流通方向と、最上流EGRガス用熱交換器を流れるEGRガスの流通方向とが維持されている。よって、最上流EGRガス用熱交換器内で生じる作動流体の液相の領域と気相の領域とが逆転してしまうことを防止することができる。その結果、最上流EGRガス用熱交換器の熱交換性能が変動してしまうことを防止することができる。

発明の効果

0016

この発明によれば、エンジンに吸入される前にEGRガスを冷却することができるとともに、膨張機に吸入される前に作動流体を加熱することができる。

図面の簡単な説明

0017

第1の実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図。
第2の実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図。
第3の実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図。
第4の実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図。
別の実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図。

実施例

0018

(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図1にしたがって説明する。なお、ランキンサイクル装置は車両に搭載されている。

0019

図1に示すように、ランキンサイクル装置10は、膨張機20、凝縮器30、ポンプ40、EGRガス用熱交換器としての第1EGRガス用熱交換器51、低温熱源用熱交換器53及びEGRガス用熱交換器としての第2EGRガス用熱交換器52を順次接続してなる作動流体回路としての冷媒循環回路11を備える。この冷媒循環回路11では、作動流体として冷媒循環するようになっている。そして、冷媒循環回路11では、冷媒は、膨張機20、凝縮器30、ポンプ40、第1EGRガス用熱交換器51、低温熱源用熱交換器53、第2EGRガス用熱交換器52の並び順に沿って流れて冷媒循環回路11を循環するようになっている。

0020

ポンプ40の出口と第1EGRガス用熱交換器51とは第1通路21を介して接続されている。第1EGRガス用熱交換器51と低温熱源用熱交換器53とは第2通路22を介して接続されている。低温熱源用熱交換器53と第2EGRガス用熱交換器52とは第3通路23を介して接続されている。第2EGRガス用熱交換器52と膨張機20の入口とは第4通路24を介して接続されている。膨張機20の出口と凝縮器30の入口とは第5通路25を介して接続されている。凝縮器30の出口とポンプ40の入口とは第6通路26を介して接続されている。よって、冷媒循環回路11において、第1EGRガス用熱交換器51、低温熱源用熱交換器53及び第2EGRガス用熱交換器52は、ポンプ40の出口から膨張機20の入口までの間で直列接続されている。

0021

そして、第1EGRガス用熱交換器51は、ポンプ40の出口から膨張機20の入口までの冷媒の流通方向における最上流の位置に配置される最上流EGRガス用熱交換器に相当する。また、第2EGRガス用熱交換器52は、ポンプ40の出口から膨張機20の入口までの冷媒の流通方向における最下流の位置に配置される最下流EGRガス用熱交換器に相当する。第1EGRガス用熱交換器51及び第2EGRガス用熱交換器52は、ポンプ40により圧送された冷媒を、エンジン61から排気される排気ガスの一部であるEGRガスと熱交換させる。低温熱源用熱交換器53は、冷媒を、EGRガスの温度よりも低温である熱源であるエンジン冷却水と熱交換させる。なお、本実施形態では、エンジン61はディーゼルエンジンである。

0022

エンジン61には吸気通路62が接続されている。吸気通路62には過給機63のコンプレッサ63aが設けられている。また、エンジン61に排気通路64が接続されている。排気通路64には過給機63のタービン63bが設けられている。過給機63は、排気流によって作動される公知の可変ノズル式ターボチャージャである。可変ノズル式ターボチャージャは、排気流の作用によりタービン63bに生じる回転トルク駆動源としてコンプレッサ63aを駆動させ、吸入空気を圧送する。吸気通路62には、空気の流通方向における過給機63よりも下流側にインタークーラ62aが設けられている。このインタークーラ62aによって、過給機63の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

0023

排気通路64には、エンジン61から排気される排気ガスの一部であるEGRガスを吸気通路62に還流させるEGR通路65が形成されている。EGR通路65は排気通路64の一部である。EGR通路65の一端は、排気ガスの流通方向における過給機63よりも上流側に接続されるとともに、EGR通路65の他端は吸気通路62に接続されている。EGR通路65には第1EGRガス用熱交換器51及び第2EGRガス用熱交換器52が配設されている。そして、EGR通路65を流れるEGRガスは、第2EGRガス用熱交換器52及び第1EGRガス用熱交換器51の順に流れる。すなわち、第2EGRガス用熱交換器52には、EGRガスの流通方向における最上流のEGRガスが流入し、第1EGRガス用熱交換器51には、EGRガスの流通方向における最下流のEGRガスが流入する。EGR通路65には、EGRガスの流通方向における第1EGRガス用熱交換器51よりも下流側にEGRバルブ65a設けられている。このEGRバルブ65aによって、吸気通路62へのEGRガスの還流量が調整される。

0024

次に、第1の実施形態の作用について説明する。
ポンプ40が駆動されると、ポンプ40の駆動により冷媒が圧送されて冷媒循環回路11を冷媒が循環する。また、エンジン61の駆動によりEGRガスがEGR通路65を流れる。第2EGRガス用熱交換器52を通過するEGRガスは、低温熱源用熱交換器53で熱交換されて温度が上昇した冷媒と熱交換されるが、その後、第1EGRガス用熱交換器51において、ポンプ40から圧送された直後の低温の冷媒と熱交換されるため、エンジン61に吸気(吸入)される前にEGRガスが十分に冷却される。そして、冷却されたEGRガスは、吸気通路62へ還流されるとともに、吸入空気と混合されてエンジン61に再び吸気される。

0025

また、例えば、第1EGRガス用熱交換器51を通過する冷媒は、EGRガスとの熱交換によって加熱された後、低温熱源用熱交換器53での熱交換により、温度が低下してしまう場合があるが、その後、第2EGRガス用熱交換器52において、EGRガスと熱交換されるため、膨張機20に吸入される前に冷媒が十分に加熱される。そして、加熱された冷媒は、第4通路24を介して膨張機20に吸入されるとともに膨張機20で膨張することで、冷媒の持つ熱量の一部が膨張機20において機械的エネルギーとして取り出される。取り出された機械的エネルギーにより、図示しない発電機による発電やエンジン61のトルク補助等が行われる。さらに、膨張機20で膨張して降温及び降圧した冷媒は、第5通路25を介して凝縮器30へ吸入される。凝縮器30に吸入された冷媒は、凝縮器30で凝縮されて液冷媒相変化し、その液冷媒は、第6通路26を介してポンプ40に吸入される。

0026

第1の実施形態では以下の効果を得ることができる。
(1)冷媒循環回路11において、第1EGRガス用熱交換器51、低温熱源用熱交換器53及び第2EGRガス用熱交換器52を、ポンプ40の出口から膨張機20の入口までの間で直列接続した。さらに、第2EGRガス用熱交換器52には、EGRガスの流通方向における最上流のEGRガスが流入し、第1EGRガス用熱交換器51には、EGRガスの流通方向における最下流のEGRガスが流入する。よって、第2EGRガス用熱交換器52を通過するEGRガスは、低温熱源用熱交換器53で熱交換されて温度が上昇した冷媒と熱交換されるが、その後、第1EGRガス用熱交換器51において、ポンプ40から圧送された直後の低温の冷媒と熱交換されるため、エンジン61に吸入される前にEGRガスを十分に冷却することができる。また、第1EGRガス用熱交換器51を通過する冷媒は、EGRガスとの熱交換によって加熱された後、低温熱源用熱交換器53での熱交換により、温度が低下してしまう場合があるが、その後、第2EGRガス用熱交換器52において、EGRガスと熱交換されるため、膨張機20に吸入される前に冷媒を十分に加熱することができる。

0027

(第2の実施形態)
以下、本発明を具体化した第2の実施形態を図2にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第1の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。

0028

図2に示すように、冷媒循環回路11には、第1EGRガス用熱交換器51をバイパスする作動流体バイパス通路としての冷媒バイパス通路71が配設されている。冷媒バイパス通路71の一端は、冷媒バイパス通路71と第1EGRガス用熱交換器51とへ流れる冷媒の流量を変更する流量変更手段としての冷媒流量調整バルブ71aを介して第1通路21に接続されるとともに、他端は第2通路22に接続されている。冷媒流量調整バルブ71aは、冷媒バイパス通路71へ流れる冷媒の流量と、第1EGRガス用熱交換器51へ流れる冷媒の流量とを調節可能になっている。

0029

EGR通路65には、EGRガスの流通方向における第1EGRガス用熱交換器51よりも下流側に、第1EGRガス用熱交換器51を通過したEGRガスの温度を検出するEGRガス温度検出センサ72が設けられている。EGRガス温度検出センサ72は制御部Sに信号接続されている。そして、EGRガス温度検出センサ72により検出された検出結果は制御部Sに送られる。

0030

次に、第2の実施形態の作用について説明する。
EGRガス温度検出センサ72により検出されたEGRガスの温度が、予め定められた温度よりも高い場合、制御部Sは、冷媒バイパス通路71へ流れる冷媒の流量よりも第1EGRガス用熱交換器51へ流れる冷媒の流量が多くなるように、冷媒流量調整バルブ71aの開度を調節する。これによれば、第1の実施形態と同様に、EGRガスは、第1EGRガス用熱交換器51において、ポンプ40から圧送された直後の冷媒と熱交換されるため、エンジン61に吸気される前に十分に冷却される。

0031

エンジン61の出力が低く、EGRガス温度検出センサ72により検出されたEGRガスの温度が、予め定められた温度よりも低い場合、制御部Sは、冷媒バイパス通路71へ流れる冷媒の流量よりも第1EGRガス用熱交換器51へ流れる冷媒の流量が少なくなるように、冷媒流量調整バルブ71aの開度を調節する。このように、冷媒バイパス通路71と第1EGRガス用熱交換器51とへ流れる冷媒の流量を変更することで、第1EGRガス用熱交換器51でEGRガスが冷媒に奪われる熱量が少なくなり、EGRガスの温度が所定の温度よりも低くなり過ぎてしまうことが防止される。

0032

よって、EGRガスの温度が低くなり過ぎて、EGRガス中に含まれる水分が凝縮して硫黄酸化物(SOx)と反応することで硫酸が生じ、この硫酸により、EGRガスが流れるEGR通路65の構成部品が劣化してしまうことが防止されている。ここで、「所定の温度」とは、EGRガス中に含まれる水分が凝縮し始める温度のことを言い、「予め定められた温度」とは、EGRガス中に含まれる水分が凝縮し始める温度よりも僅かに高い温度のことを言う。

0033

したがって、第2の実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1)と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
(2)冷媒循環回路11に、第1EGRガス用熱交換器51をバイパスする冷媒バイパス通路71と、冷媒バイパス通路71と第1EGRガス用熱交換器51とへ流れる冷媒の流量を変更する冷媒流量調整バルブ71aとを設けた。そして、冷媒流量調整バルブ71aにより、冷媒バイパス通路71へ流れる冷媒の流量よりも第1EGRガス用熱交換器51へ流れる冷媒の流量を少なくする。これにより、第1EGRガス用熱交換器51でEGRガスが冷媒に奪われる熱量が少なくなり、EGRガスが過冷却になってしまうことを防止することができる。よって、EGRガスの温度が低くなり過ぎて、EGRガス中に含まれる水分が凝縮して硫黄酸化物(SOx)と反応することで硫酸が生じ、この硫酸により、EGRガスが流れるEGR通路65の構成部品が劣化してしまうことを防止することができる。その結果、EGR通路65の構成部品の劣化が原因で、エンジン61の性能に不具合が生じてしまうことを防止することができる。

0034

(3)本実施形態では、エンジン61は、ディーゼルエンジンである。ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べると、排気ガスに硫黄が多く含まれているため、EGRガスの温度が低くなり過ぎて、EGRガス中に含まれる水分が凝縮すると、硫黄と凝縮水とが反応して硫酸が発生し易い。しかし、本実施形態では、EGRガスの温度が低くなり過ぎることを防止することができるため、ディーゼルエンジンにおいて、EGRガス中に含まれる水分が凝縮して硫黄酸化物と反応することによって硫酸が発生し、EGR通路65の構成部品が劣化してしまうことを防止することができる。

0035

(第3の実施形態)
以下、本発明を具体化した第3の実施形態を図3にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第1及び第2の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。

0036

図3に示すように、冷媒循環回路11には、一端が切替弁81aを介して第1通路21に接続されるとともに他端が第3通路23に接続される第1連絡通路81が配設されている。切替弁81aは、ポンプ40により第1通路21に圧送された冷媒の流れを、第1通路21を介して第1EGRガス用熱交換器51に向けて流れる流れと、第1通路21及び第1連絡通路81を介して第3通路23に向けて流れる流れとに切替可能になっている。

0037

第3通路23において、第1連絡通路81の他端が接続された箇所よりも第2EGRガス用熱交換器52側には、第1開閉弁V1が配設されている。そして、第1開閉弁V1が開弁すると、低温熱源用熱交換器53側から第2EGRガス用熱交換器52側へ流れる冷媒の流れが許容される。また、第1開閉弁V1が閉弁すると、低温熱源用熱交換器53側から第2EGRガス用熱交換器52側へ流れる冷媒の流れが規制されるとともに、第2EGRガス用熱交換器52側から低温熱源用熱交換器53側へ流れる冷媒の流れが規制される。

0038

第1通路21において、切替弁81aよりも第1EGRガス用熱交換器51側には第2連絡通路82の一端が接続されている。第2連絡通路82の他端は、第3通路23における第1開閉弁V1よりも第2EGRガス用熱交換器52側に接続されている。第2連絡通路82には第2開閉弁V2が配設されている。そして、第2開閉弁V2が開弁すると、第1通路21から第2連絡通路82を介して第3通路23側へ流れる冷媒の流れが許容される。また、第2開閉弁V2が閉弁すると、第1通路21から第2連絡通路82を介して第3通路23側へ流れる冷媒の流れが規制される。

0039

次に、第3の実施形態の作用について説明する。
EGRガス温度検出センサ72により検出されたEGRガスの温度が、予め定められた温度よりも高い場合、制御部Sは、ポンプ40により第1通路21に圧送された冷媒が、第1通路21を介して第1EGRガス用熱交換器51に流れるように、切替弁81aを切り替える。また、制御部Sは、第1開閉弁V1を開弁させるとともに、第2開閉弁V2を閉弁させる。すると、ポンプ40により第1通路21に圧送された冷媒は、第1EGRガス用熱交換器51、第2通路22、低温熱源用熱交換器53、第3通路23、第2EGRガス用熱交換器52の順に流れる。これによれば、第1の実施形態と同様に、EGRガスは、第1EGRガス用熱交換器51において、ポンプ40から圧送された直後の低温の冷媒と熱交換されるため、エンジン61に吸気される前にEGRガスが十分に冷却される。なお、第3通路23から第1連絡通路81を介して第1通路21に流出しようとする冷媒は、切替弁81aにより規制される。また、第3通路23から第2連絡通路82を介して第1通路21に流出しようとする冷媒は、第2開閉弁V2により規制される。

0040

エンジン61の出力が低く、EGRガス温度検出センサ72により検出されたEGRガスの温度が、予め定められた温度よりも低い場合、制御部Sは、ポンプ40により第1通路21に圧送された冷媒が、第1通路21及び第1連絡通路81を介して第3通路23に流れるように、切替弁81aを切り替える。また、制御部Sは、第1開閉弁V1を閉弁させるとともに、第2開閉弁V2を開弁させる。すると、ポンプ40により第1通路21に圧送された冷媒は、第1連絡通路81、第3通路23、低温熱源用熱交換器53、第2通路22、第1EGRガス用熱交換器51、第1通路21、第2連絡通路82、第3通路23、第2EGRガス用熱交換器52の順に流れる。すなわち、冷媒の流通順序が、低温熱源用熱交換器53、第1EGRガス用熱交換器51の順に流れるように変更されている。よって、第3の実施形態では、第1連絡通路81、切替弁81a、第2連絡通路82、第1開閉弁V1、及び第2開閉弁V2により、冷媒循環回路11において、低温熱源用熱交換器53及び第1EGRガス用熱交換器51への冷媒の流通順序を変更する流通順序変更手段が形成されている。

0041

これにより、第1EGRガス用熱交換器51を通過するEGRガスは、低温熱源用熱交換器53においてエンジン冷却水と熱交換されて温度が上昇した冷媒と熱交換されるため、EGRガスが第1EGRガス用熱交換器51において過冷却になってしまうことが防止される。

0042

したがって、第3の実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1)、及び第2の実施形態の効果(3)と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
(4)冷媒循環回路11に、第1連絡通路81、切替弁81a、第2連絡通路82、第1開閉弁V1、及び第2開閉弁V2により形成され、低温熱源用熱交換器53及び第1EGRガス用熱交換器51への冷媒の流通順序を変更する流通順序変更手段を備えた。そして、流通順序変更手段により、冷媒の流通順序を、低温熱源用熱交換器53及び第1EGRガス用熱交換器51の順にする。これにより、第1EGRガス用熱交換器51を通過するEGRガスは、低温熱源用熱交換器53においてエンジン冷却水と熱交換されて温度が上昇した冷媒と熱交換されるため、EGRガスが過冷却になってしまうことを防止することができる。

0043

(5)第3の実施形態によれば、第1EGRガス用熱交換器51をバイパスさせることがないため、第1EGRガス用熱交換器51を有効利用することができる。また、第1EGRガス用熱交換器51をバイパスさせると、第1EGRガス用熱交換器51を通過する冷媒の流れが無くなってしまい、第1EGRガス用熱交換器51に冷媒が滞留してしまう虞がある。第1EGRガス用熱交換器51に冷媒が滞留すると、第1EGRガス用熱交換器51を通過するEGRガスによって滞留した冷媒が加熱され過ぎてしまい、冷媒が熱分解してフッ酸等の酸が生じ、この酸により第1EGRガス用熱交換器51の構成部品が劣化したり、冷媒と一緒に冷媒循環回路11を循環する潤滑油が熱分解して潤滑油が炭化したりする等の不具合が生じる。しかし、本実施形態によれば、第1EGRガス用熱交換器51に冷媒が滞留してしまうことが無く、第1EGRガス用熱交換器51に不具合が生じてしまうことを抑制することができる。

0044

(第4の実施形態)
以下、本発明を具体化した第4の実施形態を図4にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第1及び第2の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。

0045

図4に示すように、冷媒循環回路11には、一端が切替弁91aを介して第1通路21に接続されるとともに他端が第2通路22に接続される第1連絡通路91が配設されている。切替弁91aは、ポンプ40により第1通路21に圧送された冷媒の流れを、第1通路21を介して第1EGRガス用熱交換器51に流れる流れと、第1通路21及び第1連絡通路91を介して第2通路22に流れる流れとに切替可能になっている。

0046

第2通路22において、第1連絡通路91の他端が接続された箇所よりも第1EGRガス用熱交換器51側には、第1開閉弁V11が配設されている。そして、第1開閉弁V11が開弁すると、第1EGRガス用熱交換器51側から低温熱源用熱交換器53側へ流れる冷媒の流れが許容される。また、第1開閉弁V1が閉弁すると、第1EGRガス用熱交換器51側から低温熱源用熱交換器53側へ流れる冷媒の流れが規制されるとともに、低温熱源用熱交換器53側から第1EGRガス用熱交換器51側へ流れる冷媒の流れが規制される。

0047

第1通路21において、切替弁91aよりも第1EGRガス用熱交換器51側には第2連絡通路92の一端が接続されている。第2連絡通路92の他端は、第3通路23に接続されている。第2連絡通路92には第2開閉弁V12が配設されている。そして、第2開閉弁V12が開弁すると、第1通路21と第3通路23との間での第2連絡通路92を介した冷媒の流れが許容される。また、第2開閉弁V12が閉弁すると、第1通路21と第3通路23との間での第2連絡通路92を介した冷媒の流れが規制される。

0048

第3通路23において、第2連絡通路92の他端が接続された箇所よりも第2EGRガス用熱交換器52側には、第3開閉弁V13が配設されている。そして、第3開閉弁V13が開弁すると、低温熱源用熱交換器53側から第2EGRガス用熱交換器52側へ流れる冷媒の流れが許容される。また、第3開閉弁V13が閉弁すると、低温熱源用熱交換器53側から第2EGRガス用熱交換器52側へ流れる冷媒の流れが規制されるとともに、第2EGRガス用熱交換器52側から低温熱源用熱交換器53側へ流れる冷媒の流れが規制される。

0049

第2通路22において、第1開閉弁V11よりも第1EGRガス用熱交換器51側には第3連絡通路93の一端が接続されている。第3連絡通路93の他端は、第3通路23における第3開閉弁V13よりも第2EGRガス用熱交換器52側に接続されている。第3連絡通路93には第4開閉弁V14が配設されている。そして、第4開閉弁V14が開弁すると、第2通路22と第3通路23との間での第3連絡通路93を介した冷媒の流れが許容される。また、第4開閉弁V14が閉弁すると、第2通路22と第3通路23との間での第3連絡通路93を介した冷媒の流れが規制される。

0050

次に、第4の実施形態の作用について説明する。
EGRガス温度検出センサ72により検出されたEGRガスの温度が、予め定められた温度よりも高い場合、制御部Sは、ポンプ40により第1通路21に圧送された冷媒が、第1通路21を介して第1EGRガス用熱交換器51に流れるように、切替弁91aを切り替える。また、制御部Sは、第1開閉弁V11及び第3開閉弁V13を開弁させるとともに、第2開閉弁V12及び第4開閉弁V14を閉弁させる。すると、ポンプ40により第1通路21に圧送された冷媒は、第1EGRガス用熱交換器51、第2通路22、低温熱源用熱交換器53、第3通路23、第2EGRガス用熱交換器52の順に流れる。これによれば、第1の実施形態と同様に、EGRガスは、第1EGRガス用熱交換器51において、ポンプ40から圧送された直後の低温の冷媒と熱交換されるため、エンジン61に吸気される前にEGRガスが十分に冷却される。

0051

エンジン61の出力が低く、EGRガス温度検出センサ72により検出されたEGRガスの温度が、予め定められた温度よりも低い場合、制御部Sは、ポンプ40により第1通路21に圧送された冷媒が、第1通路21及び第1連絡通路91を介して第2通路22に流れるように、切替弁91aを切り替える。また、制御部Sは、第1開閉弁V11及び第3開閉弁V13を閉弁させるとともに、第2開閉弁V12及び第4開閉弁V14を開弁させる。すると、ポンプ40により第1通路21に圧送された冷媒は、第1連絡通路91、第2通路22、低温熱源用熱交換器53、第3通路23、第2連絡通路92、第1通路21、第1EGRガス用熱交換器51、第2通路22、第3連絡通路93、第3通路23、第2EGRガス用熱交換器52の順に流れる。すなわち、冷媒の流通順序が、低温熱源用熱交換器53、第1EGRガス用熱交換器51の順に流れるように変更されている。よって、第4の実施形態では、第1連絡通路91、切替弁91a、第2連絡通路92、第3連絡通路93、第1開閉弁V11、第2開閉弁V12、第3開閉弁V13及び第4開閉弁V14により、冷媒循環回路11において、低温熱源用熱交換器53及び第1EGRガス用熱交換器51への冷媒の流通順序を変更する流通順序変更手段が形成されている。

0052

これにより、第1EGRガス用熱交換器51を通過するEGRガスは、低温熱源用熱交換器53においてエンジン冷却水と熱交換されて温度が上昇した冷媒と熱交換されるため、EGRガスが第1EGRガス用熱交換器51において過冷却になってしまうことが防止される。

0053

また、第4の実施形態では、第1EGRガス用熱交換器51を流れる冷媒の流通方向と、第1EGRガス用熱交換器51を流れるEGRガスの流通方向とを維持しながら冷媒の流通順序が低温熱源用熱交換器53及び第1EGRガス用熱交換器51の順になるように変更されている。よって、流通順序変更手段により、冷媒の流通順序を変更する前と後とで、第1EGRガス用熱交換器51内で生じる冷媒の液相の領域と気相の領域とが逆転してしまうことが無く、第1EGRガス用熱交換器51における熱交換性能が変動してしまうことが無い。

0054

したがって、第4の実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1)、第2の実施形態の効果(3)、及び第3の実施形態(4)、(5)と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。

0055

(6)冷媒循環回路11に、第1連絡通路91、切替弁91a、第2連絡通路92、第3連絡通路93、第1開閉弁V11、第2開閉弁V12、第3開閉弁V13及び第4開閉弁V14により形成され、低温熱源用熱交換器53及び第1EGRガス用熱交換器51への冷媒の流通順序を変更する流通順序変更手段を備えた。そして、流通順序変更手段により、第1EGRガス用熱交換器51を流れる冷媒の流通方向と、第1EGRガス用熱交換器51を流れるEGRガスの流通方向とを維持しながら冷媒の流通順序を、低温熱源用熱交換器53及び第1EGRガス用熱交換器51の順になるように変更した。よって、第1EGRガス用熱交換器51内で生じる冷媒の液相の領域と気相の領域とが逆転してしまうことが無く、第1EGRガス用熱交換器51における熱交換性能が変動してしまうことを防止することができる。

0056

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
図5に示すように、第1EGRガス用熱交換器51と第2EGRガス用熱交換器52とを一体化させてもよい。これによれば、EGR通路65における第1EGRガス用熱交換器51と第2EGRガス用熱交換器52とを繋ぐ部位を削除することができ、部品点数を削減することができる。

0057

○ 上記各実施形態において、第1EGRガス用熱交換器51、第2EGRガス用熱交換器52又は低温熱源用熱交換器53を流れるEGRガス、エンジン冷却水又は冷媒の流れの形式は、例えば、対向流といった流れの形式に限定せずに、それ以外の流れの形式(例えば、並行流直交流など)でも有効である。

0058

○ 上記各実施形態において、冷媒とEGRガスとを熱交換させるEGRガス用熱交換器の数を増やしてもよい。
○ 上記各実施形態において、低温熱源用熱交換器の数は二つ以上であってもよい。

0059

○ 第2の実施形態において、流量変更手段として、冷媒の流れを、冷媒バイパス通路71への流れ、又は第1EGRガス用熱交換器51への流れに切り替える切替弁としてもよい。そして、当該切替弁により、冷媒の流れを、冷媒バイパス通路71への流れ、又は第1EGRガス用熱交換器51への流れに切り替えることで、冷媒バイパス通路71と第1EGRガス用熱交換器51とへ流れる冷媒の流量を変更するようにしてもよい。

0060

○ 上記各実施形態において、低温熱源用熱交換器53の熱源として、例えば、排気浄化触媒を通過した後の排気ガスや、過給機63の過給により温度上昇した吸入空気等を用いてもよい。要は、低温熱源用熱交換器53の熱源は、EGRガスの温度よりも低温である熱源であればよい。

0061

○ 上記各実施形態において、作動流体は、例えば、水であってもよい。
○ 上記各実施形態において、エンジン61はガソリンエンジンであってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

0062

(イ)前記エンジンはディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。

0063

10…ランキンサイクル装置、11…作動流体回路としての冷媒循環回路、20…膨張機、30…凝縮器、40…ポンプ、51…EGRガス用熱交換器のうちの最上流EGRガス用熱交換器に相当する第1EGRガス用熱交換器、52…EGRガス用熱交換器のうちの最下流EGRガス用熱交換器に相当する第2EGRガス用熱交換器、53…低温熱源用熱交換器、61…エンジン、65…EGR通路、71…作動流体バイパス通路としての冷媒バイパス通路、71a…流量変更手段としての冷媒流量調整バルブ、81,91…流通順序変更手段を形成する第1連絡通路、81a,91a…流通順序変更手段を形成する切替弁、82,92…流通順序変更手段を形成する第2連絡通路、93…流通順序変更手段を形成する第3連絡通路、V1,V11…流通順序変更手段を形成する第1開閉弁、V2,V12…流通順序変更手段を形成する第2開閉弁、V13…流通順序変更手段を形成する第3開閉弁、V14…流通順序変更手段を形成する第4開閉弁。

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