ランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造
【課題】タービンの損傷を抑制することができるランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造を提供する。
【解決手段】ランキンサイクルシステム（５）の作動媒体供給構造（１００）は、ランキンサイクルシステムの蒸発器（５０）内の作動媒体をランキンサイクルシステムのタービン（６０）に導く第１通路（１１２）と、蒸発器内の作動媒体を通過させるとともに、内部を通過する作動媒体の熱で第１通路を暖める第２通路（１１４）と、第１通路内の作動媒体の状態に基づいて第１通路を開閉する開閉機構と、を備えることを特徴とするものである。
【解決手段】ランキンサイクルシステム（５）の作動媒体供給構造（１００）は、ランキンサイクルシステムの蒸発器（５０）内の作動媒体をランキンサイクルシステムのタービン（６０）に導く第１通路（１１２）と、蒸発器内の作動媒体を通過させるとともに、内部を通過する作動媒体の熱で第１通路を暖める第２通路（１１４）と、第１通路内の作動媒体の状態に基づいて第１通路を開閉する開閉機構と、を備えることを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造、特に内燃機関に用いられるランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の廃熱を回収するシステムとして、ランキンサイクルシステムが知られている。このランキンサイクルシステムは、例えば内燃機関の廃熱で過熱されて蒸気状態となった作動媒体をタービンに導いてタービンを回転させ、このタービンの回転力を運動エネルギとして再利用することで、内燃機関の廃熱を回収している。このようなランキンサイクルシステムにおいて、例えば冷間始動時等の場合においてタービンに導かれる作動媒体がタービンに到達する前に凝縮して非蒸気状態になるおそれがある。この場合、タービンに加わる衝撃が大きくなることから、タービンが損傷するおそれがある。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関を通過した作動媒体が蒸気状態の場合に作動媒体をタービンに導き、内燃機関を通過した作動媒体が非蒸気状態の場合には作動媒体をタービンをバイパスして流通させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−３０２１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術においても、タービンに導かれる作動媒体がタービンに到達する前に冷却されるおそれがある。その場合、冷却されて非蒸気状態となった作動媒体がタービンに導入されてしまい、タービンが損傷するおそれがある。
【０００６】
本発明は、タービンの損傷を抑制することができるランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造は、ランキンサイクルシステムの蒸発器内の作動媒体を前記ランキンサイクルシステムのタービンに導く第１通路と、前記蒸発器内の作動媒体を通過させるとともに、内部を通過する前記作動媒体の熱で前記第１通路を暖める第２通路と、前記第１通路内の前記作動媒体の状態に基づいて前記第１通路を開閉する開閉機構と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る作動媒体供給構造によれば、開閉機構が第１通路内の作動媒体の状態が例えば蒸気状態の場合には第１通路を開にし、第１通路内の作動媒体の状態が蒸気状態でない場合には第１通路を閉にすることができる。この場合、第１通路内の作動媒体の状態が蒸気状態でない場合に第１通路が閉になることで、蒸気状態でない作動媒体がタービンに導かれることを抑制できる。その結果、タービンの損傷を抑制することができる。また、第１通路内の作動媒体の状態が蒸気状態の場合に第１通路が開になることで、蒸気状態の作動媒体をタービンに導くことができる。この場合、第２通路内の作動媒体の熱によって第１通路が暖められることから、第１通路内の作動媒体が冷却されて凝縮することが抑制されている。その結果、タービンの損傷を抑制することができる。
【０００９】
上記構成において前記第２通路は前記第１通路の外側に配置されていてもよい。この構成によれば、第２通路内部の作動媒体の熱で第１通路を暖めることができる。また、第２通路を例えば第１通路の内側に配置する場合に比較して、作動媒体供給構造を容易に製造することができる。
【００１０】
上記構成において前記第１通路は二重管の内側の管であり、前記第２通路は前記二重管の外側の管であってもよい。この構成によれば、第２通路内部の作動媒体の熱で第１通路を暖めることができる。また、第１通路の外周を全体的に暖めることができるため、第１通路内の作動媒体の冷却抑制効果が高くなる。
【００１１】
上記構成は前記第２通路を通過した前記作動媒体を前記蒸発器に戻す第３通路をさらに備えていてもよい。この構成によれば、第２通路を通過した作動媒体を蒸発器に戻して再利用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タービンの損傷を抑制することができるランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は実施例１に係る作動媒体供給構造を備えるランキンサイクルシステムの一例を示す模式図である。
【図２】図２は実施例１に係る作動媒体供給構造を説明するための模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、開閉弁、アクチュエータ、負圧発生装置および三方弁の詳細を説明するための模式的断面図であり、図３（ａ）は開閉弁が閉の状態を示し、図３（ｂ）は開閉弁が開の状態を示している。
【図４】図４は実施例１に係る制御装置のフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例１に係るランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造（以下、作動媒体供給構造と略称する）について説明する。まず、作動媒体供給構造を備えるランキンサイクルシステムの一例について説明し、次いで作動媒体供給構造の詳細について説明する。図１は、作動媒体供給構造を備えるランキンサイクルシステムの一例であるランキンサイクルシステム５の模式図である。ランキンサイクルシステム５は、タンク１０、ポンプ２０、内燃機関３０、気液分離器４０、蒸発器５０、タービン６０、動力回収器７０、凝縮器８０および作動媒体供給構造１００（作動媒体供給機構１１０および制御装置１３０）を備えている。
【００１６】
タンク１０は作動媒体を貯留するための装置である。作動媒体は、ランキンサイクルシステムに用いられる作動媒体であれば特に限定されるものではない。本実施例においては作動媒体の一例として、水を主成分とする作動媒体を用いる。
【００１７】
ポンプ２０は、作動媒体を内燃機関３０に圧送する装置である。本実施例においてはポンプ２０の一例としてウォータポンプを用いる。内燃機関３０としては特に限定されず、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等、種々の内燃機関を用いることができる。
【００１８】
ポンプ２０から内燃機関３０に圧送された作動媒体は、内燃機関３０との間で熱交換を行う。それにより内燃機関３０は冷却される。また、内燃機関３０を通過した作動媒体は内燃機関と熱交換することで液体と蒸気（すなわち気体）とが混合した気液混合状態になる。気液混合状態となった作動媒体は気液分離器４０に流入する。
【００１９】
気液分離器４０は、気液混合状態の作動媒体を液体状態の作動媒体と気体状態（すなわち蒸気状態）の作動媒体とに分離する装置である。気液分離器４０を通過後の液体状態の作動媒体は、内燃機関３０に再び供給される。気液分離器４０を通過後の気体状態の作動媒体は、蒸発器５０に流入する。
【００２０】
蒸発器５０は、内燃機関３０の廃熱を利用して作動媒体を過熱する装置である。本実施例に係る蒸発器５０は、内燃機関３０の廃熱として排気ガスの熱を利用することで作動媒体を過熱する。蒸発器５０において過熱されることで、作動媒体のエネルギは高められる。蒸発器５０を通過後の作動媒体は、作動媒体供給構造１００に流入する。
【００２１】
作動媒体供給構造１００は、作動媒体供給機構１１０と作動媒体供給機構１１０を制御する制御装置１３０とを備えている。作動媒体供給機構１１０は、蒸発器５０から供給された蒸気状態の作動媒体をタービン６０に導くための機構である。なお本実施例に係る作動媒体供給機構１１０は、蒸発器５０からの作動媒体の一部を蒸発器５０に戻している。制御装置１３０は、演算部としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１３１と、記憶部としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１３２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３３とを備えるマイクロコンピュータである。作動媒体供給構造１００の詳細は後述する。
【００２２】
タービン６０は、作動媒体供給機構１１０から供給された作動媒体のエネルギを受けて回転する。動力回収器７０はタービン６０に接続されている。動力回収器７０はタービンの回転力を運動エネルギとして回収するための装置である。動力回収器７０が作動することで、ランキンサイクルシステム５は内燃機関３０の廃熱を回収している。動力回収器７０は、特に限定されないが、本実施例では一例として発電機を用いる。
【００２３】
タービン６０を通過した作動媒体は凝縮器８０に流入する。凝縮器８０は、タービン６０を通過した作動媒体を凝縮して液体状態に戻す装置である。凝縮器８０を通過後の作動媒体はタンク１０に貯留される。
【００２４】
続いて作動媒体供給構造１００の詳細について説明する。図２は作動媒体供給構造１００を説明するための模式的断面図である。図２には、作動媒体供給構造１００に加えて、蒸発器５０、タービン６０等の作動媒体供給構造１００に関連する他の構成も図示されている。作動媒体供給構造１００の作動媒体供給機構１１０は、第１通路１１２、第２通路１１４、第３通路１１６、温度センサ１１８、開閉弁１２０、アクチュエータ１２２、負圧発生装置１２４、三方弁１２６および配管１２８を備えている。
【００２５】
第１通路１１２は、蒸発器５０内の作動媒体をタービン６０に導く通路である。ここで作動媒体は、蒸発器５０の内部において、蒸気状態と、液体状態等の非蒸気状態とに分かれている。本実施例では、蒸発器５０の上方部に蒸気状態の作動媒体が存在し、蒸発器５０の下方部に非蒸気状態の作動媒体が存在している。第１通路１１２は、上流端が蒸発器５０の上方部に接続し、下流端がノズル１１２ａ形状となってタービン６０の近傍に配置されている。第１通路１１２の上流端が蒸発器５０の上方部に接続することで、蒸発器５０内の下方部に存在する非蒸気状態の作動媒体が第１通路１１２に流入することが抑制されている。
【００２６】
なお、蒸発器５０内の非蒸気状態の作動媒体は、内燃機関３０の排気ガスが流動する排気通路３１によって過熱されて蒸気状態となることができる。また本実施例のタービン６０は、タービンケース６１内に収容されている。ノズル１１２ａから排出された作動媒体は、タービン６０を回転させた後に、タービンケース６１の出口から排出されて凝縮器８０へ流入する。
【００２７】
第２通路１１４は、蒸発器５０内の作動媒体を通過させる通路である。また第２通路１１４は、その内部を通過する作動媒体の熱で第１通路１１２を暖める通路である。このような通路であれば第２通路１１４の構造は特に限定されるものではない。本実施例において第２通路１１４は、第１通路１１２の外側に配置されている。
【００２８】
具体的には、第２通路１１４と第１通路１１２とは、二重管の構造を形成している。第１通路１１２は二重管の内側の管であり、第２通路１１４は二重管の外側の管である。第２通路１１４は、上流端が蒸発器５０の上方部に接続している。第２通路１１４は、第１通路１１２のノズル１１２ａ近傍に至るまで第１通路の外表面に沿って伸びている。なお、第２通路１１４の下流端は閉塞しており、第２通路１１４を通過した作動媒体がタービン６０に供給されないようになっている。
【００２９】
第３通路１１６は、第２通路１１４を通過した作動媒体を蒸発器５０に戻す通路である。本実施例において第３通路１１６は、上流端が第２通路１１４の下流端近傍に接続し、下流端が蒸発器５０の下方部に接続している。但し第３通路１１６の第２通路１１４および蒸発器５０への接続箇所は、これに限定されるものではない。
【００３０】
温度センサ１１８は、第１通路１１２内の作動媒体の温度を検出し、検出結果を制御装置１３０に伝える。それにより制御装置１３０は、第１通路１１２内の作動媒体の状態を取得することができる。具体的には制御装置１３０は、温度センサ１１８の検出結果に基づいて、第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態か否かを取得する。すなわち、本実施例に係る温度センサ１１８は第１通路１１２内の作動媒体の状態を検出する検出手段、具体的には第１通路１１２内の作動媒体の状態が蒸気状態か否かを検出する検出手段としての機能を有している。
【００３１】
なお、温度センサ１１８は第１通路１１２内の作動媒体の温度を検出するにあたり、第１通路１１２内部の温度を直接検出してもよく、第１通路１１２の壁部の温度を検出することで第１通路１１２内の作動媒体の温度を間接的に検出してもよい。第１通路１１２の壁部の温度は第１通路１１２の内部の温度と相関関係を有するため、第１通路１１２の壁部の温度を検出することによっても第１通路１１２内の作動媒体の温度を間接的に検出することができるからである。
【００３２】
開閉弁１２０は第１通路１１２を開閉するための装置である。本実施例に係る開閉弁１２０は第１通路１１２の上流端部を開閉している。但し開閉弁１２０が開閉する第１通路１１２の部位は上流端部に限られるものではない。
【００３３】
アクチュエータ１２２は開閉弁１２０を駆動するための装置である。アクチュエータ１２２としては、電気駆動式のアクチュエータ、空圧駆動式のアクチュエータ等、種々のアクチュエータを用いることができる。本実施例においてはアクチュエータ１２２の一例として、空圧駆動式のアクチュエータを用いる。
【００３４】
負圧発生装置１２４は、配管１２８を介してアクチュエータ１２２に接続されている。配管１２８のアクチュエータ１２２と負圧発生装置１２４との間には、三方弁１２６が配置されている。三方弁１２６は制御装置１３０によって制御される。三方弁１２６の三つの弁のうち一つの弁は大気圧に開放されている（以下、この三方弁１２６の大気圧に開放された弁を開放弁と称する）。
【００３５】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、開閉弁１２０、アクチュエータ１２２、負圧発生装置１２４および三方弁１２６の詳細を説明するための模式的断面図である。図３（ａ）は開閉弁１２０が閉の状態を示し、図３（ｂ）は開閉弁１２０が開の状態を示している。開閉弁１２０は、第１通路１１２内に配置されて第１通路１１２を開閉する弁部１２０ａと、弁部１２０ａを回転させる弁軸１２０ｂとを備えている。本実施例において、弁軸１２０ｂの弁部１２０ａとは反対側の端部は、第２通路１１４の上方に突き抜けている。また、弁軸１２０ｂの弁部１２０ａとは反対側の端部は平板形状になっている。
【００３６】
アクチュエータ１２２は、シリンダ１２２ａとピストン１２２ｂとを備えている。ピストン１２２ｂのシリンダ１２２ａとは反対側の端部は、弁軸１２０ｂの平板形状の部分に接続している。このピストン１２２ｂの弁軸１２０ｂへの接続態様は、ピストン１２２ｂが前後方向に移動したときに弁軸１２０ｂが回転できるような態様であれば特に限定されるものではない。
【００３７】
シリンダ１２２ａの内部は、シリンダ１２２ａ内のピストン１２２ｂによって、弁軸１２０ｂ側の前室１２２ｃと、弁軸１２０ｂとは反対側の後室１２２ｄとに区画されている。後室１２２ｄには配管１２８が接続されている。ピストン１２２ｂの後室１２２ｄには、スプリング１２２ｅが配置されている。ピストン１２２ｂは、前室１２２ｃ側から受ける力と後室１２２ｄ側から受ける力の差によって駆動する。本実施例においては開閉弁１２０が閉の場合、前室１２２ｃの圧力は大気圧となり、後室１２２ｄの圧力も大気圧となっている。
【００３８】
図２において前述したように、配管１２８の上流には負圧発生装置１２４が接続されている。本実施例においては、負圧発生装置１２４は、開閉弁１２０が閉のときの前室１２２ｃの圧力（本実施例では大気圧）よりも負圧の圧力を発生する。負圧発生装置１２４としては特に限定されないが、本実施例では一例としてポンプを用いる。
【００３９】
図３（ａ）の状態から制御装置１３０が三方弁１２６を制御することで、シリンダ１２２ａと負圧発生装置１２４とが連通状態となりかつ三方弁１２６の開放弁（大気圧に開放された弁）が閉に変化した場合、後室１２２ｄの圧力は負圧になる。この場合、図３（ｂ）に示すように、ピストン１２２ｂは後室１２２ｄ側に移動する。ピストン１２２ｂが後室１２２ｄ側に移動することで、弁軸１２０ｂは回転する。弁軸１２０ｂが回転することで弁部１２０ａも回転する。その結果、第１通路１１２は開になる。
【００４０】
一方、図３（ｂ）の状態から制御装置１３０が三方弁１２６を制御することで、シリンダ１２２ａと負圧発生装置１２４とが非連通状態となりかつ三方弁１２６の開方弁が開に変化した場合、後室１２２ｄの圧力は大気圧になる。この場合、図３（ａ）に示すように、ピストン１２２ｂは、スプリング１２２ｅからの力を受けて、前室１２２ｃ側に移動する。それにより、弁軸１２０ｂが回転して弁部１２０ａも回転する。その結果、第１通路１１２は閉になる。
【００４１】
このようにして第１通路１１２は開閉する。すなわち、本実施例においてアクチュエータ１２２、三方弁１２６および負圧発生装置１２４は、開閉弁１２０を駆動する駆動手段としての機能を有しており、制御装置１３０は駆動手段を制御する制御手段としての機能を有している。また、開閉弁１２０、アクチュエータ１２２、三方弁１２６、負圧発生装置１２４および制御装置１３０は、第１通路１１２を開閉する開閉機構としての機能を有している。但し、第１通路１１２を開閉できる機構であれば、開閉機構はこれらの構成に限られない。例えばアクチュエータ１２２が電気駆動式のアクチュエータの場合、三方弁１２６および負圧発生装置１２４は不要となり、また制御装置１３０は電気駆動式のアクチュエータを制御する。
【００４２】
続いて作動媒体供給構造１００の動作について説明する。まず、制御装置１３０は、第１通路１１２内の作動媒体の状態に基づいて三方弁１２６を制御することで、第１通路１１２を開閉する。本実施例に係る制御装置１３０は、一例として、温度センサ１１８の検出結果に基づいて第１通路１１２内の作動媒体の状態を取得する。具体的には制御装置１３０は、温度センサ１１８の検出結果に基づいて第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であるか否かを判定することで、第１通路１１２内の作動媒体の状態を取得する。
【００４３】
制御装置１３０は第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であると判定した場合、第１通路１１２が開になるように三方弁１２６を制御する。それにより、蒸発器５０内にある蒸気状態の作動媒体は第１通路１１２を通過して、ノズル１１２ａの先端からタービン６０に供給される（図２）。その結果、タービン６０が回転し、動力回収器７０によって内燃機関３０の廃熱が回収される（図１）。またこの場合、蒸発器５０の上方部の作動媒体は、第２通路１１４にも流入する（図２）。第２通路１１４に流入した作動媒体は、第１通路１１２の作動媒体を暖める。それにより、第１通路１１２の作動媒体が冷却されて凝縮することが抑制される。第２通路１１４を通過した作動媒体は、第３通路１１６に流入する。第３通路１１６を通過した作動媒体は、蒸発器５０の下方部に貯留される。
【００４４】
一方、制御装置１３０は第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であると判定しなかった場合、第１通路１１２が閉になるように三方弁１２６を制御する。それにより、作動媒体のタービン６０への導入が停止される。なお、この場合においても、蒸発器５０の上方部の作動媒体は、第２通路１１４および第３通路１１６を通過して蒸発器５０の下方部に貯留される。
【００４５】
図４は制御装置１３０のフローチャートの一例を示す図である。制御装置１３０は図４のフローチャートを所定の周期で繰り返し実行する。まず、制御装置１３０は、温度センサ１１８の検出結果に基づいて、第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。
【００４６】
具体的には制御装置１３０は、第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であるか否かを判定するための温度センサ１１８の検出温度の閾値を、例えばＲＯＭ１３２に記憶しておく。制御装置１３０は、ステップＳ１０において、温度センサ１１８の検出した温度（温度Ｔｓ）が閾値以上であるか否かを判定する。制御装置１３０は、温度Ｔｓが閾値以上であると判定した場合、第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であると判定する。
【００４７】
ステップＳ１０において第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であると判定された場合、制御装置１３０は第１通路１１２が開になるように三方弁１２６を制御する（ステップＳ２０）。具体的には制御装置１３０は、アクチュエータ１２２のシリンダ１２２ａの後室１２２ｄと負圧発生装置１２４とが連通状態となりかつ三方弁１２６の開放弁が閉になるように、三方弁１２６を制御する（図２、図３（ａ）、図３（ｂ））。それにより、シリンダ１２２ａの後室１２２ｄが負圧になる。その結果、開閉弁１２０の弁部１２０ａが開になり、第１通路１１２も開になる。第１通路１１２が開になることで、タービン６０に蒸気状態の作動媒体が導入される。次いで制御装置１３０はフローチャートの実行を終了する。
【００４８】
ステップＳ１０において温度Ｔｓが閾値以上であると判定されなかった場合、すなわち第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であると判定されなかった場合、制御装置１３０は第１通路１１２が閉になるように三方弁１２６を制御する（ステップＳ３０）。具体的には制御装置１３０は、アクチュエータ１２２のシリンダ１２２ａの後室１２２ｄと負圧発生装置１２４とが非連通状態となりかつ三方弁１２６の開方弁が開になるように、三方弁１２６を制御する（図２、図３（ａ）、図３（ｂ））。それにより、シリンダ１２２ａの後室１２２ｄが大気圧になる。その結果、開閉弁１２０の弁部１２０ａが閉になり、第１通路１１２も閉になる。第１通路１１２が閉になることで、タービン６０に非蒸気状態の作動媒体が導入されることが抑制される。次いで制御装置１３０はフローチャートの実行を終了する。
【００４９】
以上のように本実施例に係る作動媒体供給構造１００は、第１通路１１２と第２通路１１４とを備え、制御装置１３０は第１通路１１２内の作動媒体の状態に基づいて第１通路１１２を開閉している。作動媒体供給構造１００によれば、第１通路１１２内の作動媒体の状態が蒸気状態の場合には第１通路１１２を開にし、第１通路１１２内の作動媒体の状態が蒸気状態でない場合には第１通路１１２を閉にすることができる。この場合、第１通路１１２内の作動媒体の状態が蒸気状態でない場合に第１通路１１２が閉になることで、蒸気状態でない作動媒体がタービン６０に導かれることを抑制できる。その結果、タービン６０の損傷を抑制できる。また、第１通路１１２内の作動媒体の状態が蒸気状態の場合に第１通路１１２が開になることで、蒸気状態の作動媒体をタービン６０に導くことができる。この場合、第２通路１１４内の作動媒体の熱によって第１通路１１２が暖められることから、第１通路１１２内の作動媒体が冷却されて凝縮することが抑制されている。その結果、タービン６０の損傷が抑制されている。また、第１通路１１２が閉の場合において第１通路１１２内の作動媒体が第２通路１１４内の作動媒体によって暖められることで、作動媒体をタービン６０に供給できる状態に早期にすることができる。
【００５０】
なお、本実施例において第２通路１１４は第１通路１１２の外側に配置されており、さらに第１通路１１２と第２通路１１４とで二重管構造を形成しているが、これに限られない。例えば第２通路１１４は、第１通路１１２の内側に配置されていてもよい。しかしながら、第２通路１１４が第１通路１１２の内側に配置された状態で第１通路１１２のみを開閉する場合よりも、第２通路１１４が第１通路１１２の外側に配置された状態で第１通路１１２のみを開閉する場合の方が製造が容易である。したがって、第２通路１１４が第１通路１１２の外側に配置されていることによって、作動媒体供給構造１００を容易に製造することができる。また、第１通路１１２と第２通路１１４とで二重管構造を形成していることにより、第１通路１１２の外周を全体的に暖めることができる。そのため、第１通路１１２内の作動媒体の冷却抑制効果が高くなる。
【００５１】
また、作動媒体供給構造１００は第３通路１１６を備えているが、これに限られない。作動媒体供給構造１００は第３通路１１６を備えていなくてもよい。但し作動媒体供給構造１００が第３通路１１６を備えることで、第２通路１１４を通過した作動媒体を蒸発器５０に戻して再利用することができる。また、この場合、蒸発器５０の温度が第３通路１１６からの作動媒体で冷却されることから、蒸発器５０の温度を第３通路１１６からの作動媒体で調整することもできる。
【００５２】
また、作動媒体供給構造１００は第１通路１１２内の作動媒体の状態を検出する検出手段として温度センサ１１８を備えているが、これに限られるものではない。作動媒体供給構造１００は、第１通路１１２内の作動媒体の状態を検出できるものであれば、温度センサ１１８以外の検出手段を備えていてもよい。
【００５３】
なお、本実施例においては、開閉弁１２０によって作動媒体のタービン６０への供給を停止していることから、例えばタービン６０の過回転を抑制するような制御を行うことも可能である。この場合、ランキンサイクルシステム５は、タービン６０の回転数を検出する回転数検出計を備え、制御装置１３０は回転数検出計の検出した回転数が所定回転以上の場合には開閉弁１２０を閉にすることで、タービン６０の過回転を抑制することができる。
【００５４】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
５ ランキンサイクルシステム
３０ 内燃機関
５０ 蒸発器
６０ タービン
１００ 作動媒体供給構造
１１０ 作動媒体供給機構
１１２ 第１通路
１１２ａ ノズル
１１４ 第２通路
１１６ 第３通路
１２０ 開閉弁
１２２ アクチュエータ
１２４ 負圧発生装置
１２６ 三方弁
１３０ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造、特に内燃機関に用いられるランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の廃熱を回収するシステムとして、ランキンサイクルシステムが知られている。このランキンサイクルシステムは、例えば内燃機関の廃熱で過熱されて蒸気状態となった作動媒体をタービンに導いてタービンを回転させ、このタービンの回転力を運動エネルギとして再利用することで、内燃機関の廃熱を回収している。このようなランキンサイクルシステムにおいて、例えば冷間始動時等の場合においてタービンに導かれる作動媒体がタービンに到達する前に凝縮して非蒸気状態になるおそれがある。この場合、タービンに加わる衝撃が大きくなることから、タービンが損傷するおそれがある。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関を通過した作動媒体が蒸気状態の場合に作動媒体をタービンに導き、内燃機関を通過した作動媒体が非蒸気状態の場合には作動媒体をタービンをバイパスして流通させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−３０２１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術においても、タービンに導かれる作動媒体がタービンに到達する前に冷却されるおそれがある。その場合、冷却されて非蒸気状態となった作動媒体がタービンに導入されてしまい、タービンが損傷するおそれがある。
【０００６】
本発明は、タービンの損傷を抑制することができるランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造は、ランキンサイクルシステムの蒸発器内の作動媒体を前記ランキンサイクルシステムのタービンに導く第１通路と、前記蒸発器内の作動媒体を通過させるとともに、内部を通過する前記作動媒体の熱で前記第１通路を暖める第２通路と、前記第１通路内の前記作動媒体の状態に基づいて前記第１通路を開閉する開閉機構と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る作動媒体供給構造によれば、開閉機構が第１通路内の作動媒体の状態が例えば蒸気状態の場合には第１通路を開にし、第１通路内の作動媒体の状態が蒸気状態でない場合には第１通路を閉にすることができる。この場合、第１通路内の作動媒体の状態が蒸気状態でない場合に第１通路が閉になることで、蒸気状態でない作動媒体がタービンに導かれることを抑制できる。その結果、タービンの損傷を抑制することができる。また、第１通路内の作動媒体の状態が蒸気状態の場合に第１通路が開になることで、蒸気状態の作動媒体をタービンに導くことができる。この場合、第２通路内の作動媒体の熱によって第１通路が暖められることから、第１通路内の作動媒体が冷却されて凝縮することが抑制されている。その結果、タービンの損傷を抑制することができる。
【０００９】
上記構成において前記第２通路は前記第１通路の外側に配置されていてもよい。この構成によれば、第２通路内部の作動媒体の熱で第１通路を暖めることができる。また、第２通路を例えば第１通路の内側に配置する場合に比較して、作動媒体供給構造を容易に製造することができる。
【００１０】
上記構成において前記第１通路は二重管の内側の管であり、前記第２通路は前記二重管の外側の管であってもよい。この構成によれば、第２通路内部の作動媒体の熱で第１通路を暖めることができる。また、第１通路の外周を全体的に暖めることができるため、第１通路内の作動媒体の冷却抑制効果が高くなる。
【００１１】
上記構成は前記第２通路を通過した前記作動媒体を前記蒸発器に戻す第３通路をさらに備えていてもよい。この構成によれば、第２通路を通過した作動媒体を蒸発器に戻して再利用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タービンの損傷を抑制することができるランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は実施例１に係る作動媒体供給構造を備えるランキンサイクルシステムの一例を示す模式図である。
【図２】図２は実施例１に係る作動媒体供給構造を説明するための模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、開閉弁、アクチュエータ、負圧発生装置および三方弁の詳細を説明するための模式的断面図であり、図３（ａ）は開閉弁が閉の状態を示し、図３（ｂ）は開閉弁が開の状態を示している。
【図４】図４は実施例１に係る制御装置のフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例１に係るランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造（以下、作動媒体供給構造と略称する）について説明する。まず、作動媒体供給構造を備えるランキンサイクルシステムの一例について説明し、次いで作動媒体供給構造の詳細について説明する。図１は、作動媒体供給構造を備えるランキンサイクルシステムの一例であるランキンサイクルシステム５の模式図である。ランキンサイクルシステム５は、タンク１０、ポンプ２０、内燃機関３０、気液分離器４０、蒸発器５０、タービン６０、動力回収器７０、凝縮器８０および作動媒体供給構造１００（作動媒体供給機構１１０および制御装置１３０）を備えている。
【００１６】
タンク１０は作動媒体を貯留するための装置である。作動媒体は、ランキンサイクルシステムに用いられる作動媒体であれば特に限定されるものではない。本実施例においては作動媒体の一例として、水を主成分とする作動媒体を用いる。
【００１７】
ポンプ２０は、作動媒体を内燃機関３０に圧送する装置である。本実施例においてはポンプ２０の一例としてウォータポンプを用いる。内燃機関３０としては特に限定されず、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等、種々の内燃機関を用いることができる。
【００１８】
ポンプ２０から内燃機関３０に圧送された作動媒体は、内燃機関３０との間で熱交換を行う。それにより内燃機関３０は冷却される。また、内燃機関３０を通過した作動媒体は内燃機関と熱交換することで液体と蒸気（すなわち気体）とが混合した気液混合状態になる。気液混合状態となった作動媒体は気液分離器４０に流入する。
【００１９】
気液分離器４０は、気液混合状態の作動媒体を液体状態の作動媒体と気体状態（すなわち蒸気状態）の作動媒体とに分離する装置である。気液分離器４０を通過後の液体状態の作動媒体は、内燃機関３０に再び供給される。気液分離器４０を通過後の気体状態の作動媒体は、蒸発器５０に流入する。
【００２０】
蒸発器５０は、内燃機関３０の廃熱を利用して作動媒体を過熱する装置である。本実施例に係る蒸発器５０は、内燃機関３０の廃熱として排気ガスの熱を利用することで作動媒体を過熱する。蒸発器５０において過熱されることで、作動媒体のエネルギは高められる。蒸発器５０を通過後の作動媒体は、作動媒体供給構造１００に流入する。
【００２１】
作動媒体供給構造１００は、作動媒体供給機構１１０と作動媒体供給機構１１０を制御する制御装置１３０とを備えている。作動媒体供給機構１１０は、蒸発器５０から供給された蒸気状態の作動媒体をタービン６０に導くための機構である。なお本実施例に係る作動媒体供給機構１１０は、蒸発器５０からの作動媒体の一部を蒸発器５０に戻している。制御装置１３０は、演算部としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１３１と、記憶部としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１３２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３３とを備えるマイクロコンピュータである。作動媒体供給構造１００の詳細は後述する。
【００２２】
タービン６０は、作動媒体供給機構１１０から供給された作動媒体のエネルギを受けて回転する。動力回収器７０はタービン６０に接続されている。動力回収器７０はタービンの回転力を運動エネルギとして回収するための装置である。動力回収器７０が作動することで、ランキンサイクルシステム５は内燃機関３０の廃熱を回収している。動力回収器７０は、特に限定されないが、本実施例では一例として発電機を用いる。
【００２３】
タービン６０を通過した作動媒体は凝縮器８０に流入する。凝縮器８０は、タービン６０を通過した作動媒体を凝縮して液体状態に戻す装置である。凝縮器８０を通過後の作動媒体はタンク１０に貯留される。
【００２４】
続いて作動媒体供給構造１００の詳細について説明する。図２は作動媒体供給構造１００を説明するための模式的断面図である。図２には、作動媒体供給構造１００に加えて、蒸発器５０、タービン６０等の作動媒体供給構造１００に関連する他の構成も図示されている。作動媒体供給構造１００の作動媒体供給機構１１０は、第１通路１１２、第２通路１１４、第３通路１１６、温度センサ１１８、開閉弁１２０、アクチュエータ１２２、負圧発生装置１２４、三方弁１２６および配管１２８を備えている。
【００２５】
第１通路１１２は、蒸発器５０内の作動媒体をタービン６０に導く通路である。ここで作動媒体は、蒸発器５０の内部において、蒸気状態と、液体状態等の非蒸気状態とに分かれている。本実施例では、蒸発器５０の上方部に蒸気状態の作動媒体が存在し、蒸発器５０の下方部に非蒸気状態の作動媒体が存在している。第１通路１１２は、上流端が蒸発器５０の上方部に接続し、下流端がノズル１１２ａ形状となってタービン６０の近傍に配置されている。第１通路１１２の上流端が蒸発器５０の上方部に接続することで、蒸発器５０内の下方部に存在する非蒸気状態の作動媒体が第１通路１１２に流入することが抑制されている。
【００２６】
なお、蒸発器５０内の非蒸気状態の作動媒体は、内燃機関３０の排気ガスが流動する排気通路３１によって過熱されて蒸気状態となることができる。また本実施例のタービン６０は、タービンケース６１内に収容されている。ノズル１１２ａから排出された作動媒体は、タービン６０を回転させた後に、タービンケース６１の出口から排出されて凝縮器８０へ流入する。
【００２７】
第２通路１１４は、蒸発器５０内の作動媒体を通過させる通路である。また第２通路１１４は、その内部を通過する作動媒体の熱で第１通路１１２を暖める通路である。このような通路であれば第２通路１１４の構造は特に限定されるものではない。本実施例において第２通路１１４は、第１通路１１２の外側に配置されている。
【００２８】
具体的には、第２通路１１４と第１通路１１２とは、二重管の構造を形成している。第１通路１１２は二重管の内側の管であり、第２通路１１４は二重管の外側の管である。第２通路１１４は、上流端が蒸発器５０の上方部に接続している。第２通路１１４は、第１通路１１２のノズル１１２ａ近傍に至るまで第１通路の外表面に沿って伸びている。なお、第２通路１１４の下流端は閉塞しており、第２通路１１４を通過した作動媒体がタービン６０に供給されないようになっている。
【００２９】
第３通路１１６は、第２通路１１４を通過した作動媒体を蒸発器５０に戻す通路である。本実施例において第３通路１１６は、上流端が第２通路１１４の下流端近傍に接続し、下流端が蒸発器５０の下方部に接続している。但し第３通路１１６の第２通路１１４および蒸発器５０への接続箇所は、これに限定されるものではない。
【００３０】
温度センサ１１８は、第１通路１１２内の作動媒体の温度を検出し、検出結果を制御装置１３０に伝える。それにより制御装置１３０は、第１通路１１２内の作動媒体の状態を取得することができる。具体的には制御装置１３０は、温度センサ１１８の検出結果に基づいて、第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態か否かを取得する。すなわち、本実施例に係る温度センサ１１８は第１通路１１２内の作動媒体の状態を検出する検出手段、具体的には第１通路１１２内の作動媒体の状態が蒸気状態か否かを検出する検出手段としての機能を有している。
【００３１】
なお、温度センサ１１８は第１通路１１２内の作動媒体の温度を検出するにあたり、第１通路１１２内部の温度を直接検出してもよく、第１通路１１２の壁部の温度を検出することで第１通路１１２内の作動媒体の温度を間接的に検出してもよい。第１通路１１２の壁部の温度は第１通路１１２の内部の温度と相関関係を有するため、第１通路１１２の壁部の温度を検出することによっても第１通路１１２内の作動媒体の温度を間接的に検出することができるからである。
【００３２】
開閉弁１２０は第１通路１１２を開閉するための装置である。本実施例に係る開閉弁１２０は第１通路１１２の上流端部を開閉している。但し開閉弁１２０が開閉する第１通路１１２の部位は上流端部に限られるものではない。
【００３３】
アクチュエータ１２２は開閉弁１２０を駆動するための装置である。アクチュエータ１２２としては、電気駆動式のアクチュエータ、空圧駆動式のアクチュエータ等、種々のアクチュエータを用いることができる。本実施例においてはアクチュエータ１２２の一例として、空圧駆動式のアクチュエータを用いる。
【００３４】
負圧発生装置１２４は、配管１２８を介してアクチュエータ１２２に接続されている。配管１２８のアクチュエータ１２２と負圧発生装置１２４との間には、三方弁１２６が配置されている。三方弁１２６は制御装置１３０によって制御される。三方弁１２６の三つの弁のうち一つの弁は大気圧に開放されている（以下、この三方弁１２６の大気圧に開放された弁を開放弁と称する）。
【００３５】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、開閉弁１２０、アクチュエータ１２２、負圧発生装置１２４および三方弁１２６の詳細を説明するための模式的断面図である。図３（ａ）は開閉弁１２０が閉の状態を示し、図３（ｂ）は開閉弁１２０が開の状態を示している。開閉弁１２０は、第１通路１１２内に配置されて第１通路１１２を開閉する弁部１２０ａと、弁部１２０ａを回転させる弁軸１２０ｂとを備えている。本実施例において、弁軸１２０ｂの弁部１２０ａとは反対側の端部は、第２通路１１４の上方に突き抜けている。また、弁軸１２０ｂの弁部１２０ａとは反対側の端部は平板形状になっている。
【００３６】
アクチュエータ１２２は、シリンダ１２２ａとピストン１２２ｂとを備えている。ピストン１２２ｂのシリンダ１２２ａとは反対側の端部は、弁軸１２０ｂの平板形状の部分に接続している。このピストン１２２ｂの弁軸１２０ｂへの接続態様は、ピストン１２２ｂが前後方向に移動したときに弁軸１２０ｂが回転できるような態様であれば特に限定されるものではない。
【００３７】
シリンダ１２２ａの内部は、シリンダ１２２ａ内のピストン１２２ｂによって、弁軸１２０ｂ側の前室１２２ｃと、弁軸１２０ｂとは反対側の後室１２２ｄとに区画されている。後室１２２ｄには配管１２８が接続されている。ピストン１２２ｂの後室１２２ｄには、スプリング１２２ｅが配置されている。ピストン１２２ｂは、前室１２２ｃ側から受ける力と後室１２２ｄ側から受ける力の差によって駆動する。本実施例においては開閉弁１２０が閉の場合、前室１２２ｃの圧力は大気圧となり、後室１２２ｄの圧力も大気圧となっている。
【００３８】
図２において前述したように、配管１２８の上流には負圧発生装置１２４が接続されている。本実施例においては、負圧発生装置１２４は、開閉弁１２０が閉のときの前室１２２ｃの圧力（本実施例では大気圧）よりも負圧の圧力を発生する。負圧発生装置１２４としては特に限定されないが、本実施例では一例としてポンプを用いる。
【００３９】
図３（ａ）の状態から制御装置１３０が三方弁１２６を制御することで、シリンダ１２２ａと負圧発生装置１２４とが連通状態となりかつ三方弁１２６の開放弁（大気圧に開放された弁）が閉に変化した場合、後室１２２ｄの圧力は負圧になる。この場合、図３（ｂ）に示すように、ピストン１２２ｂは後室１２２ｄ側に移動する。ピストン１２２ｂが後室１２２ｄ側に移動することで、弁軸１２０ｂは回転する。弁軸１２０ｂが回転することで弁部１２０ａも回転する。その結果、第１通路１１２は開になる。
【００４０】
一方、図３（ｂ）の状態から制御装置１３０が三方弁１２６を制御することで、シリンダ１２２ａと負圧発生装置１２４とが非連通状態となりかつ三方弁１２６の開方弁が開に変化した場合、後室１２２ｄの圧力は大気圧になる。この場合、図３（ａ）に示すように、ピストン１２２ｂは、スプリング１２２ｅからの力を受けて、前室１２２ｃ側に移動する。それにより、弁軸１２０ｂが回転して弁部１２０ａも回転する。その結果、第１通路１１２は閉になる。
【００４１】
このようにして第１通路１１２は開閉する。すなわち、本実施例においてアクチュエータ１２２、三方弁１２６および負圧発生装置１２４は、開閉弁１２０を駆動する駆動手段としての機能を有しており、制御装置１３０は駆動手段を制御する制御手段としての機能を有している。また、開閉弁１２０、アクチュエータ１２２、三方弁１２６、負圧発生装置１２４および制御装置１３０は、第１通路１１２を開閉する開閉機構としての機能を有している。但し、第１通路１１２を開閉できる機構であれば、開閉機構はこれらの構成に限られない。例えばアクチュエータ１２２が電気駆動式のアクチュエータの場合、三方弁１２６および負圧発生装置１２４は不要となり、また制御装置１３０は電気駆動式のアクチュエータを制御する。
【００４２】
続いて作動媒体供給構造１００の動作について説明する。まず、制御装置１３０は、第１通路１１２内の作動媒体の状態に基づいて三方弁１２６を制御することで、第１通路１１２を開閉する。本実施例に係る制御装置１３０は、一例として、温度センサ１１８の検出結果に基づいて第１通路１１２内の作動媒体の状態を取得する。具体的には制御装置１３０は、温度センサ１１８の検出結果に基づいて第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であるか否かを判定することで、第１通路１１２内の作動媒体の状態を取得する。
【００４３】
制御装置１３０は第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であると判定した場合、第１通路１１２が開になるように三方弁１２６を制御する。それにより、蒸発器５０内にある蒸気状態の作動媒体は第１通路１１２を通過して、ノズル１１２ａの先端からタービン６０に供給される（図２）。その結果、タービン６０が回転し、動力回収器７０によって内燃機関３０の廃熱が回収される（図１）。またこの場合、蒸発器５０の上方部の作動媒体は、第２通路１１４にも流入する（図２）。第２通路１１４に流入した作動媒体は、第１通路１１２の作動媒体を暖める。それにより、第１通路１１２の作動媒体が冷却されて凝縮することが抑制される。第２通路１１４を通過した作動媒体は、第３通路１１６に流入する。第３通路１１６を通過した作動媒体は、蒸発器５０の下方部に貯留される。
【００４４】
一方、制御装置１３０は第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であると判定しなかった場合、第１通路１１２が閉になるように三方弁１２６を制御する。それにより、作動媒体のタービン６０への導入が停止される。なお、この場合においても、蒸発器５０の上方部の作動媒体は、第２通路１１４および第３通路１１６を通過して蒸発器５０の下方部に貯留される。
【００４５】
図４は制御装置１３０のフローチャートの一例を示す図である。制御装置１３０は図４のフローチャートを所定の周期で繰り返し実行する。まず、制御装置１３０は、温度センサ１１８の検出結果に基づいて、第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。
【００４６】
具体的には制御装置１３０は、第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であるか否かを判定するための温度センサ１１８の検出温度の閾値を、例えばＲＯＭ１３２に記憶しておく。制御装置１３０は、ステップＳ１０において、温度センサ１１８の検出した温度（温度Ｔｓ）が閾値以上であるか否かを判定する。制御装置１３０は、温度Ｔｓが閾値以上であると判定した場合、第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であると判定する。
【００４７】
ステップＳ１０において第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であると判定された場合、制御装置１３０は第１通路１１２が開になるように三方弁１２６を制御する（ステップＳ２０）。具体的には制御装置１３０は、アクチュエータ１２２のシリンダ１２２ａの後室１２２ｄと負圧発生装置１２４とが連通状態となりかつ三方弁１２６の開放弁が閉になるように、三方弁１２６を制御する（図２、図３（ａ）、図３（ｂ））。それにより、シリンダ１２２ａの後室１２２ｄが負圧になる。その結果、開閉弁１２０の弁部１２０ａが開になり、第１通路１１２も開になる。第１通路１１２が開になることで、タービン６０に蒸気状態の作動媒体が導入される。次いで制御装置１３０はフローチャートの実行を終了する。
【００４８】
ステップＳ１０において温度Ｔｓが閾値以上であると判定されなかった場合、すなわち第１通路１１２内の作動媒体が蒸気状態であると判定されなかった場合、制御装置１３０は第１通路１１２が閉になるように三方弁１２６を制御する（ステップＳ３０）。具体的には制御装置１３０は、アクチュエータ１２２のシリンダ１２２ａの後室１２２ｄと負圧発生装置１２４とが非連通状態となりかつ三方弁１２６の開方弁が開になるように、三方弁１２６を制御する（図２、図３（ａ）、図３（ｂ））。それにより、シリンダ１２２ａの後室１２２ｄが大気圧になる。その結果、開閉弁１２０の弁部１２０ａが閉になり、第１通路１１２も閉になる。第１通路１１２が閉になることで、タービン６０に非蒸気状態の作動媒体が導入されることが抑制される。次いで制御装置１３０はフローチャートの実行を終了する。
【００４９】
以上のように本実施例に係る作動媒体供給構造１００は、第１通路１１２と第２通路１１４とを備え、制御装置１３０は第１通路１１２内の作動媒体の状態に基づいて第１通路１１２を開閉している。作動媒体供給構造１００によれば、第１通路１１２内の作動媒体の状態が蒸気状態の場合には第１通路１１２を開にし、第１通路１１２内の作動媒体の状態が蒸気状態でない場合には第１通路１１２を閉にすることができる。この場合、第１通路１１２内の作動媒体の状態が蒸気状態でない場合に第１通路１１２が閉になることで、蒸気状態でない作動媒体がタービン６０に導かれることを抑制できる。その結果、タービン６０の損傷を抑制できる。また、第１通路１１２内の作動媒体の状態が蒸気状態の場合に第１通路１１２が開になることで、蒸気状態の作動媒体をタービン６０に導くことができる。この場合、第２通路１１４内の作動媒体の熱によって第１通路１１２が暖められることから、第１通路１１２内の作動媒体が冷却されて凝縮することが抑制されている。その結果、タービン６０の損傷が抑制されている。また、第１通路１１２が閉の場合において第１通路１１２内の作動媒体が第２通路１１４内の作動媒体によって暖められることで、作動媒体をタービン６０に供給できる状態に早期にすることができる。
【００５０】
なお、本実施例において第２通路１１４は第１通路１１２の外側に配置されており、さらに第１通路１１２と第２通路１１４とで二重管構造を形成しているが、これに限られない。例えば第２通路１１４は、第１通路１１２の内側に配置されていてもよい。しかしながら、第２通路１１４が第１通路１１２の内側に配置された状態で第１通路１１２のみを開閉する場合よりも、第２通路１１４が第１通路１１２の外側に配置された状態で第１通路１１２のみを開閉する場合の方が製造が容易である。したがって、第２通路１１４が第１通路１１２の外側に配置されていることによって、作動媒体供給構造１００を容易に製造することができる。また、第１通路１１２と第２通路１１４とで二重管構造を形成していることにより、第１通路１１２の外周を全体的に暖めることができる。そのため、第１通路１１２内の作動媒体の冷却抑制効果が高くなる。
【００５１】
また、作動媒体供給構造１００は第３通路１１６を備えているが、これに限られない。作動媒体供給構造１００は第３通路１１６を備えていなくてもよい。但し作動媒体供給構造１００が第３通路１１６を備えることで、第２通路１１４を通過した作動媒体を蒸発器５０に戻して再利用することができる。また、この場合、蒸発器５０の温度が第３通路１１６からの作動媒体で冷却されることから、蒸発器５０の温度を第３通路１１６からの作動媒体で調整することもできる。
【００５２】
また、作動媒体供給構造１００は第１通路１１２内の作動媒体の状態を検出する検出手段として温度センサ１１８を備えているが、これに限られるものではない。作動媒体供給構造１００は、第１通路１１２内の作動媒体の状態を検出できるものであれば、温度センサ１１８以外の検出手段を備えていてもよい。
【００５３】
なお、本実施例においては、開閉弁１２０によって作動媒体のタービン６０への供給を停止していることから、例えばタービン６０の過回転を抑制するような制御を行うことも可能である。この場合、ランキンサイクルシステム５は、タービン６０の回転数を検出する回転数検出計を備え、制御装置１３０は回転数検出計の検出した回転数が所定回転以上の場合には開閉弁１２０を閉にすることで、タービン６０の過回転を抑制することができる。
【００５４】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
５ ランキンサイクルシステム
３０ 内燃機関
５０ 蒸発器
６０ タービン
１００ 作動媒体供給構造
１１０ 作動媒体供給機構
１１２ 第１通路
１１２ａ ノズル
１１４ 第２通路
１１６ 第３通路
１２０ 開閉弁
１２２ アクチュエータ
１２４ 負圧発生装置
１２６ 三方弁
１３０ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランキンサイクルシステムの蒸発器内の作動媒体を前記ランキンサイクルシステムのタービンに導く第１通路と、
前記蒸発器内の作動媒体を通過させるとともに、内部を通過する前記作動媒体の熱で前記第１通路を暖める第２通路と、
前記第１通路内の前記作動媒体の状態に基づいて前記第１通路を開閉する開閉機構と、を備えることを特徴とするランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造。
【請求項２】
前記第２通路は前記第１通路の外側に配置されている請求項１記載のランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造。
【請求項３】
前記第１通路は二重管の内側の管であり、前記第２通路は前記二重管の外側の管である請求項１または２に記載のランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造。
【請求項４】
前記第２通路を通過した前記作動媒体を前記蒸発器に戻す第３通路をさらに備える請求項１〜３のいずれか１項に記載のランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造。
【請求項１】
ランキンサイクルシステムの蒸発器内の作動媒体を前記ランキンサイクルシステムのタービンに導く第１通路と、
前記蒸発器内の作動媒体を通過させるとともに、内部を通過する前記作動媒体の熱で前記第１通路を暖める第２通路と、
前記第１通路内の前記作動媒体の状態に基づいて前記第１通路を開閉する開閉機構と、を備えることを特徴とするランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造。
【請求項２】
前記第２通路は前記第１通路の外側に配置されている請求項１記載のランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造。
【請求項３】
前記第１通路は二重管の内側の管であり、前記第２通路は前記二重管の外側の管である請求項１または２に記載のランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造。
【請求項４】
前記第２通路を通過した前記作動媒体を前記蒸発器に戻す第３通路をさらに備える請求項１〜３のいずれか１項に記載のランキンサイクルシステムの作動媒体供給構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５４２６２（Ｐ２０１２−１５４２６２Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５８４（Ｐ２０１１−１４５８４）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]