JP2010048129A - Waste heat using apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an waste heat using apparatus significantly enhancing heat recovery efficiency by optimally controlling coolant characteristics at an inlet port of an expander of Rankine cycle at which a high-pressure side becomes a supercritical state. <P>SOLUTION: The waste heat using apparatus includes an expander controlling means for controlling a load Lex of an expander (20) so that a pressure Pex at inlet port of expander detected by a pressure detection means (32) at the inlet port of expander be equal to a setting pressure Pexs set by a pressure setting means at inlet port of expander (S5). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の廃熱利用装置に関する。   The present invention relates to a waste heat utilization apparatus for an internal combustion engine.

この種の内燃機関の廃熱利用装置は、例えば車両に搭載され、冷媒の循環路に、車両のエンジンを冷却する冷却水を介してエンジンの廃熱により冷媒を加熱する蒸発器、この熱交換器を経由した冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機、この膨張機を経由した冷媒を凝縮させる凝縮器、この凝縮器を経由した冷媒を熱交換器に圧送するポンプが順次介挿されたランキンサイクルを備えている。   This type of internal combustion engine waste heat utilization device is mounted on a vehicle, for example, an evaporator that heats the refrigerant with waste heat of the engine via cooling water that cools the engine of the vehicle in the refrigerant circulation path, and this heat exchange An expander that generates a driving force by expanding the refrigerant that passes through the condenser, a condenser that condenses the refrigerant that passes through the expander, and a pump that pumps the refrigerant that passes through the condenser to the heat exchanger are sequentially inserted. Has a Rankine cycle.

そして、特許文献１には、高温熱源の温度に応じてポンプの回転数を制御することにより、冷媒の蒸気発生を超臨界状態で行うランキンサイクルが開示されている。
また、膨張機に流入する冷媒の過熱度が所定範囲となるように（特許文献２参照）、或いは、凝縮器の凝縮能力が所定能力となるように（特許文献３参照）、ポンプまたは膨張機の回転数の少なくとも一方を制御する技術が開示されている。
特開昭６１−５７４４６号公報 特開２００５−３０７２７号公報 特開２００７−２１８４５６号公報 Patent Document 1 discloses a Rankine cycle in which refrigerant vapor is generated in a supercritical state by controlling the number of revolutions of a pump in accordance with the temperature of a high-temperature heat source.
Further, a pump or an expander is used so that the degree of superheat of the refrigerant flowing into the expander falls within a predetermined range (see Patent Document 2), or the condensation capacity of the condenser becomes a predetermined capacity (see Patent Document 3). A technique for controlling at least one of the rotational speeds of the above is disclosed.
JP-A 61-57446 JP 2005-30727 A JP 2007-218456 A

ところで、一般に、膨張機の入口と出口との冷媒の温度差及び圧力差が大きければ大きいほど、ランキンサイクル、ひいては廃熱利用装置の熱回収効率を向上することができる。
しかしながら、膨張機の入口と出口との冷媒の温度差を大きくするために、膨張機の入口の冷媒温度を際限なく上昇させると、冷媒や冷媒に添加される潤滑油が熱分解し、ランキンサイクルの作動に支障を来すおそれがある。 By the way, in general, the larger the temperature difference and pressure difference of the refrigerant between the inlet and outlet of the expander, the higher the Rankine cycle and thus the heat recovery efficiency of the waste heat utilization device.
However, in order to increase the refrigerant temperature difference between the inlet and outlet of the expander, if the refrigerant temperature at the inlet of the expander is increased without limit, the lubricating oil added to the refrigerant and the refrigerant is thermally decomposed, and the Rankine cycle May interfere with the operation of the.

また、膨張機の入口と出口との冷媒の圧力差を大きくするために、膨張機の入口の冷媒圧力を際限なく上昇させると配管が破損したり、また、膨張機入口の冷媒の圧力・温度条件によっては、膨張機における膨張途中で冷媒が気液二相流域に入り、液冷媒により膨張機で発生する駆動力が減少し、更には、膨張機内でエロージョンが発生するおそれがある。   Also, in order to increase the refrigerant pressure difference between the expander inlet and outlet, if the refrigerant pressure at the expander inlet is increased without limit, the piping will be damaged, and the refrigerant pressure and temperature at the expander inlet Depending on the conditions, the refrigerant may enter the gas-liquid two-phase flow region during expansion in the expander, the driving force generated in the expander by the liquid refrigerant may decrease, and erosion may occur in the expander.

しかしながら、上記各従来技術では、これらの問題につき格別な配慮がなされておらず、高圧側が超臨界状態となるランキンサイクルの膨張機入口の冷媒特性を最適に制御することについては依然として課題が残されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、高圧側が超臨界状態となるランキンサイクルの膨張機入口の冷媒特性を最適に制御することにより、熱回収効率を大幅に向上することができる内燃機関の廃熱利用装置を提供することを目的とする。 However, in each of the above prior arts, no special consideration has been given to these problems, and there remains a problem with optimal control of refrigerant characteristics at the inlet of the Rankine cycle in which the high pressure side is in a supercritical state. ing.
The present invention has been made in view of such problems, and by optimally controlling the refrigerant characteristics at the expander inlet of the Rankine cycle where the high-pressure side is in a supercritical state, the heat recovery efficiency can be greatly improved. An object of the present invention is to provide a waste heat utilization device for an internal combustion engine.

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の廃熱利用装置は、冷媒の循環路に、内燃機関の廃熱により冷媒を加熱して超臨界状態とする熱交換器、該熱交換器を経由した冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機、該膨張機を経由した冷媒を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した冷媒を熱交換器に圧送するポンプが順次介挿されるランキンサイクルを備えた内燃機関の廃熱利用装置であって、冷媒の凝縮圧力を検出する凝縮圧力検出手段と、膨張機の入口における冷媒の圧力を検出する膨張機入口圧力検出手段と、凝縮圧力検出手段にて検出された凝縮圧力に対応する飽和蒸気冷媒のエントロピを推定するエントロピ推定手段と、膨張機の入口における冷媒の設定温度を設定する膨張機入口温度設定手段と、膨張機入口温度設定手段にて設定された設定温度とエントロピ推定手段にて推定されたエントロピに対応する冷媒圧力を膨張機の入口の冷媒の設定圧力として設定する膨張機入口圧力設定手段と、膨張機入口圧力検出手段にて検出された膨張機入口圧力が膨張機入口圧力設定手段にて設定された設定圧力になるように膨張機の負荷を制御する膨張機制御手段を備えることを特徴としている。   In order to achieve the above object, a waste heat utilization apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 is a heat exchanger that heats the refrigerant by a waste heat of the internal combustion engine to a supercritical state in the refrigerant circulation path, the heat An expander that expands the refrigerant that has passed through the exchanger to generate driving force, a condenser that condenses the refrigerant that has passed through the expander, and a pump that pumps the refrigerant that has passed through the condenser to the heat exchanger are sequentially inserted. A waste heat utilization device for an internal combustion engine having a Rankine cycle, a condensation pressure detection means for detecting a condensation pressure of the refrigerant, an expander inlet pressure detection means for detecting a refrigerant pressure at the inlet of the expander, and a condensation Entropy estimation means for estimating the entropy of the saturated vapor refrigerant corresponding to the condensation pressure detected by the pressure detection means, expander inlet temperature setting means for setting the refrigerant set temperature at the inlet of the expander, and expander inlet temperature Setting An expander inlet pressure setting means for setting the refrigerant pressure corresponding to the set temperature set in the stage and the entropy estimated by the entropy estimation means as the refrigerant set pressure at the inlet of the expander, and the expander inlet pressure detection means And an expander control means for controlling the load of the expander so that the expander inlet pressure detected in step 1 becomes the set pressure set by the expander inlet pressure setting means.

また、請求項２記載の発明では、請求項１において、エントロピ推定手段は、凝縮圧力検出手段にて検出された凝縮圧力に対応し所定の補正温度を加算したものを過熱蒸気のエントロピとして推定することを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項１または２において、膨張機入口圧力設定手段は、膨張機入口温度設定手段にて設定された設定温度とエントロピ推定手段にて推定されたエントロピから所定の補正比率を減算したエントロピに対応する冷媒圧力を膨張機の入口の冷媒の設定圧力として設定することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the entropy estimation means estimates a sum of a predetermined correction temperature corresponding to the condensation pressure detected by the condensation pressure detection means as an entropy of superheated steam. It is characterized by that.
Further, in the invention described in claim 3, in claim 1 or 2, the expander inlet pressure setting means is predetermined from the set temperature set by the expander inlet temperature setting means and the entropy estimated by the entropy estimation means. The refrigerant pressure corresponding to the entropy obtained by subtracting the correction ratio is set as the refrigerant set pressure at the inlet of the expander.

更にまた、請求項４記載の発明では、請求項１乃至３の何れかにおいて、膨張機の入口における冷媒の温度を検出する膨張機入口温度検出手段と、膨張機入口温度検出手段にて検出された膨張機入口温度が膨張機入口温度設定手段にて設定された設定温度になるようにポンプにて圧送する冷媒の流量を制御するポンプ制御手段とを更に備えることを特徴としている。   Furthermore, in the invention according to claim 4, in any one of claims 1 to 3, the temperature is detected by an expander inlet temperature detecting means for detecting a refrigerant temperature at the inlet of the expander and an expander inlet temperature detecting means. The apparatus further comprises pump control means for controlling the flow rate of the refrigerant pumped by the pump so that the expander inlet temperature becomes the set temperature set by the expander inlet temperature setting means.

また、請求項５記載の発明では、請求項４において、ポンプには所定の最低流量が予め設定され、ポンプ制御手段によってポンプにて圧送する冷媒の流量を所定の最低流量まで下げても膨張機入口温度検出手段にて検出された膨張機入口温度が膨張機入口温度設定手段にて設定された設定温度にならないとき、膨張機入口温度設定手段は、ポンプにて圧送する冷媒の流量が所定の最低流量となるときに膨張機入口温度検出手段にて検出された膨張機入口温度を設定温度として設定することを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, a predetermined minimum flow rate is preset in the pump, and the expander is provided even if the flow rate of the refrigerant pumped by the pump by the pump control means is reduced to the predetermined minimum flow rate. When the expander inlet temperature detected by the inlet temperature detecting means does not reach the set temperature set by the expander inlet temperature setting means, the expander inlet temperature setting means has a predetermined flow rate of the refrigerant pumped by the pump. The expander inlet temperature detected by the expander inlet temperature detector when the minimum flow rate is reached is set as a set temperature.

更に、請求項６記載の発明では、請求項１乃至５の何れかにおいて、膨張機入口温度設定手段は、冷媒の臨界温度以上で、且つ冷媒の分解温度未満の温度を設定温度として設定することを特徴としている。
更にまた、請求項７記載の発明では、請求項６において、膨張機入口温度設定手段は、冷媒が分解しない最高温度を設定温度として設定することを特徴としている。 Furthermore, in the invention described in claim 6, in any one of claims 1 to 5, the expander inlet temperature setting means sets a temperature that is not lower than the critical temperature of the refrigerant and lower than the decomposition temperature of the refrigerant as the set temperature. It is characterized by.
Furthermore, the invention described in claim 7 is characterized in that, in claim 6, the expander inlet temperature setting means sets the maximum temperature at which the refrigerant is not decomposed as the set temperature.

また、請求項８記載の発明では、請求項７において、膨張機の出口における冷媒の温度を検出する膨張機出口温度検出手段を更に備え、膨張機出口温度検出手段にて検出された膨張機出口温度が凝縮圧力検出手段にて検出された凝縮圧力に対応し所定の補正温度を加算した過熱蒸気温度となるように設定圧力を補正することを特徴としている。   Further, the invention according to claim 8 is the expander outlet according to claim 7, further comprising expander outlet temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant at the outlet of the expander, the expander outlet temperature detecting means being detected by the expander outlet temperature detecting means. The set pressure is corrected so that the temperature becomes the superheated steam temperature obtained by adding a predetermined correction temperature corresponding to the condensation pressure detected by the condensation pressure detecting means.

従って、請求項１記載の本発明の内燃機関の廃熱利用装置によれば、膨張機入口圧力検出手段にて検出された膨張機入口圧力が凝縮圧力に対応する飽和蒸気エントロピと膨張機入口設定温度とに対応する圧力になるように膨張機の負荷を制御する膨張機制御手段を備える。これにより、高圧側が超臨界状態となるランキンサイクルの膨張機の入口の冷媒圧力を膨張機入口設定温度における最高の圧力とすることができるとともに、膨張過程で冷媒が気液二相になることを防止することができる。   Therefore, according to the waste heat utilization apparatus for an internal combustion engine of the first aspect of the present invention, the saturated steam entropy and the expander inlet setting in which the expander inlet pressure detected by the expander inlet pressure detecting means corresponds to the condensing pressure. Expander control means for controlling the load of the expander so as to obtain a pressure corresponding to the temperature. As a result, the refrigerant pressure at the inlet of the expander of the Rankine cycle where the high pressure side becomes supercritical can be set to the highest pressure at the set temperature of the expander inlet, and the refrigerant can be in a gas-liquid two-phase during the expansion process. Can be prevented.

また、請求項２記載の発明によれば、エントロピ推定手段は、凝縮圧力検出手段にて検出された凝縮圧力に対応し所定の補正温度を加算したものを過熱蒸気のエントロピとして推定する。これにより、膨張機における膨張過程で冷媒が気液二相になることを防止し、液冷媒の発生による膨張機の駆動力減少や膨張機内でのエロージョンの発生を確実に防止することができるため、膨張機、ひいてはランキンサイクルを安定的に作動させることができ、ランキンサイクル、ひいては廃熱利用装置の熱回収効率を更に向上することができる。   According to the second aspect of the present invention, the entropy estimation means estimates a value obtained by adding a predetermined correction temperature corresponding to the condensation pressure detected by the condensation pressure detection means as the superheated steam entropy. As a result, it is possible to prevent the refrigerant from becoming a gas-liquid two-phase during the expansion process in the expander, and to reliably prevent the decrease in the drive force of the expander due to the generation of the liquid refrigerant and the occurrence of erosion in the expander. The expander, and thus the Rankine cycle can be operated stably, and the heat recovery efficiency of the Rankine cycle and thus the waste heat utilization device can be further improved.

更に、請求項３記載の発明によれば、膨張機入口圧力設定手段は、膨張機入口温度設定手段にて設定された設定温度とエントロピ推定手段にて推定されたエントロピから所定の補正比率を減算したエントロピに対応する冷媒圧力を膨張機の入口の冷媒の設定圧力として設定する。これにより、膨張機入口圧力を更に高圧にすることができるため、廃熱利用装置の熱回収効率を更に向上することができる。   According to a third aspect of the invention, the expander inlet pressure setting means subtracts a predetermined correction ratio from the set temperature set by the expander inlet temperature setting means and the entropy estimated by the entropy estimation means. The refrigerant pressure corresponding to the entropy is set as the refrigerant set pressure at the inlet of the expander. Thereby, since the expander inlet pressure can be further increased, the heat recovery efficiency of the waste heat utilization apparatus can be further improved.

更にまた、請求項４記載の発明によれば、膨張機の入口における冷媒の温度を検出する膨張機入口温度検出手段と、膨張機入口温度検出手段にて検出された膨張機入口温度が膨張機入口温度設定手段にて設定された設定温度になるようにポンプにて圧送する冷媒の流量を制御するポンプ制御手段とを更に備える。これにより、膨張機の入口における冷媒温度と、膨張機の入口における冷媒圧力とを同時に確実に制御することができるため、高圧側が超臨界状態となるランキンサイクルの膨張機の入口の冷媒特性を更に最適に制御することができる。   Furthermore, according to the invention described in claim 4, the expander inlet temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant at the inlet of the expander, and the expander inlet temperature detected by the expander inlet temperature detecting means is the expander. Pump control means for controlling the flow rate of the refrigerant pumped by the pump so as to reach the set temperature set by the inlet temperature setting means. As a result, the refrigerant temperature at the inlet of the expander and the refrigerant pressure at the inlet of the expander can be controlled simultaneously and reliably, so that the refrigerant characteristics at the inlet of the Rankine cycle expander where the high pressure side is in a supercritical state can be further improved. It can be controlled optimally.

また、請求項５記載の発明によれば、ポンプには圧送可能な所定の最低流量が予め設定され、ポンプ制御手段によってポンプにて圧送する冷媒の流量を所定の最低流量まで下げても膨張機入口温度検出手段にて検出された膨張機入口温度が膨張機入口温度設定手段にて設定された設定温度にならないとき、膨張機入口温度設定手段は、ポンプにて圧送する冷媒の流量が所定の最低流量となるときに膨張機入口温度検出手段にて検出された膨張機入口温度を設定温度として設定する。これにより、ポンプにて圧送する冷媒の流量が最低流量となる場合であっても、膨張機の入口の冷媒温度がその場合において極力大きくなるようにポンプにて圧送する冷媒の流量を制御できるとともに、膨張機の入口の冷媒の圧力がその場合において極力大きくなるように膨張機の負荷を制御することができるため、高圧側が超臨界状態となるランキンサイクルの膨張機の入口の冷媒特性を常に最適に制御することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, a predetermined minimum flow rate that can be pumped is set in advance in the pump, and the expander is provided even if the flow rate of the refrigerant pumped by the pump by the pump control means is lowered to the predetermined minimum flow rate. When the expander inlet temperature detected by the inlet temperature detecting means does not reach the set temperature set by the expander inlet temperature setting means, the expander inlet temperature setting means has a predetermined flow rate of the refrigerant pumped by the pump. The expander inlet temperature detected by the expander inlet temperature detector when the minimum flow rate is reached is set as the set temperature. As a result, even when the flow rate of the refrigerant pumped by the pump becomes the minimum flow rate, the flow rate of the refrigerant pumped by the pump can be controlled so that the refrigerant temperature at the inlet of the expander becomes as high as possible in that case. Because the load of the expander can be controlled so that the refrigerant pressure at the inlet of the expander is as high as possible in that case, the refrigerant characteristics at the inlet of the Rankine cycle expander where the high pressure side is in a supercritical state are always optimal Can be controlled.

更に、請求項６記載の発明によれば、膨張機入口温度設定手段は、冷媒の臨界温度以上で、且つ冷媒の分解温度未満の温度を設定温度として設定する。これにより、膨張機の入口の冷媒の熱分解を防止しながら膨張機の入口の冷媒温度を大きくしつつ、膨張機の入口の冷媒の圧力を大きくすることができるため、ランキンサイクル、ひいては廃熱利用装置の熱回収効率を大幅に向上することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the expander inlet temperature setting means sets a temperature that is equal to or higher than the critical temperature of the refrigerant and lower than the decomposition temperature of the refrigerant as the set temperature. Accordingly, the refrigerant temperature at the inlet of the expander can be increased while the refrigerant temperature at the inlet of the expander can be increased while preventing the thermal decomposition of the refrigerant at the inlet of the expander. The heat recovery efficiency of the utilization device can be greatly improved.

更にまた、請求項７記載の発明によれば、膨張機入口温度設定手段は、冷媒が分解しない最高温度を設定温度として設定する。これにより、膨張機の入口の冷媒の熱分解を防止しながら膨張機の入口の冷媒温度を極力大きくしつつ、膨張機の入口の冷媒の圧力を極力大きくすることができるため、ランキンサイクル、ひいては廃熱利用装置の熱回収効率をより一層大幅に向上することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, the expander inlet temperature setting means sets the maximum temperature at which the refrigerant is not decomposed as the set temperature. As a result, the refrigerant temperature at the inlet of the expander can be increased as much as possible while preventing the thermal decomposition of the refrigerant at the inlet of the expander, and the refrigerant pressure at the inlet of the expander can be increased as much as possible. The heat recovery efficiency of the waste heat utilization apparatus can be further greatly improved.

また、請求項８記載の発明によれば、膨張機の出口における冷媒の温度を検出する膨張機出口温度検出手段を更に備え、膨張機出口温度検出手段にて検出された膨張機出口温度が凝縮圧力検出手段にて検出された凝縮圧力に対応し所定の補正温度を加算した過熱蒸気温度となるように設定圧力を補正する。これにより、冷媒のガス膨張を保持しつつ、冷媒の分解温度未満にて、膨張機の入口の冷媒の圧力を最も大きくすることができるため、ランキンサイクル、ひいては廃熱利用装置の熱回収効率を更に大幅に向上することができる。   According to the eighth aspect of the present invention, the expander outlet temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant at the outlet of the expander is further provided, and the expander outlet temperature detected by the expander outlet temperature detecting means is condensed. The set pressure is corrected so that the superheated steam temperature is obtained by adding a predetermined correction temperature corresponding to the condensation pressure detected by the pressure detection means. As a result, while maintaining the gas expansion of the refrigerant, the refrigerant pressure at the inlet of the expander can be maximized at a temperature lower than the decomposition temperature of the refrigerant, so that the heat recovery efficiency of the Rankine cycle and thus the waste heat utilization device can be increased. Furthermore, it can improve significantly.

以下、図面により本発明の一実施形態について先ず第１実施形態から説明する。
図１は内燃機関の廃熱利用装置の一例を模式的に示しており、この廃熱利用装置は例えば車両に搭載され、車両のエンジン（内燃機関）２を冷却する冷却水回路４と、エンジン２の廃熱を回収するランキンサイクル６（以下、ＲＣ回路という）とを備えている。
冷却水回路４は、エンジン２から延設される冷却水の循環路５に、冷却水の流れ方向から順に蒸発器（熱交換器）１０、ラジエータ１２、サーモスタット１４、水ポンプ１６が介挿されて閉回路を構成している。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described first from the first embodiment with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows an example of a waste heat utilization device for an internal combustion engine. This waste heat utilization device is mounted on a vehicle, for example, and includes a cooling water circuit 4 that cools an engine (internal combustion engine) 2 of the vehicle, and an engine. 2 and a Rankine cycle 6 (hereinafter referred to as an RC circuit) that recovers waste heat.
In the cooling water circuit 4, an evaporator (heat exchanger) 10, a radiator 12, a thermostat 14, and a water pump 16 are inserted in a cooling water circulation path 5 extending from the engine 2 in order from the flow direction of the cooling water. Closed circuit.

蒸発器１０は、エンジン２で加熱された冷却水によりＲＣ回路６を循環する冷媒を加熱する。尚、冷媒にはＲＣ回路６を構成する後述する膨張機２０等の回転機器の摺動部を潤滑する潤滑油が予め添加されている。
ラジエータ１２は、蒸発器１０と直列に配列され、蒸発器１０にて冷媒に吸熱されて冷却された冷却水を外気の送風による熱交換により更に冷却する。 The evaporator 10 heats the refrigerant circulating in the RC circuit 6 by the cooling water heated by the engine 2. The refrigerant is preliminarily added with lubricating oil that lubricates sliding portions of rotating equipment such as an expander 20 (to be described later) constituting the RC circuit 6.
The radiator 12 is arranged in series with the evaporator 10, and further cools the cooling water that has been absorbed by the refrigerant and cooled in the evaporator 10 by heat exchange by blowing outside air.

サーモスタット１４は、ラジエータ１２へ通水される冷却水の量を冷却水温度に応じて制御する機械式の三方弁であって、２つの入口ポートと１つの出口ポートとを有している。２つの入口ポートには、ラジエータ１２から延設される流路５ａと、蒸発器１０とラジエータ１２との間の流路５ｂからラジエータ１２を迂回して接続されるラジエータバイパス路５ｃとがそれぞれ接続され、これにより、ラジエータ１２へ通水される冷却水の量が冷却水温度に応じて増減されて冷却水温度、ひいてはエンジン２の本体温度が適正に保持される。   The thermostat 14 is a mechanical three-way valve that controls the amount of cooling water passed to the radiator 12 in accordance with the cooling water temperature, and has two inlet ports and one outlet port. A flow path 5a extending from the radiator 12 and a radiator bypass path 5c connected by bypassing the radiator 12 from the flow path 5b between the evaporator 10 and the radiator 12 are connected to the two inlet ports, respectively. Thus, the amount of cooling water passed to the radiator 12 is increased or decreased according to the cooling water temperature, and the cooling water temperature, and thus the main body temperature of the engine 2 is properly maintained.

水ポンプ１６は、エンジン２に装着され、エンジン２の回転数に応じて駆動されて冷却水を冷却水回路４に好適に循環させる。
一方、ＲＣ回路６は、冷媒の循環路７に、冷媒の流れ方向から順に蒸発器１０、排ガス熱交換器１８、膨張機２０、凝縮器２２、レシーバ２４、冷媒ポンプ（ポンプ）２６が介挿されて閉回路を構成している。 The water pump 16 is attached to the engine 2 and is driven according to the rotational speed of the engine 2 to circulate the cooling water in the cooling water circuit 4 suitably.
On the other hand, in the RC circuit 6, an evaporator 10, an exhaust gas heat exchanger 18, an expander 20, a condenser 22, a receiver 24, and a refrigerant pump (pump) 26 are inserted in the refrigerant circulation path 7 in order from the refrigerant flow direction. And constitutes a closed circuit.

排ガス熱交換器１８は、エンジン２の排ガス管１９から排出される排ガスにより蒸発器１０で加熱された冷媒を更に加熱して冷媒を超臨界状態にする。
膨張機２０は、蒸発器１０及び排ガス熱交換器１８で加熱されて超臨界状態となった冷媒を膨張させ、駆動力を発生する回転機器であって、膨張機２０には、発生した駆動力を電力変換して廃熱利用装置の外部で利用可能とする発電機２８が機械的に連結されている。そして、膨張機２０の駆動部に入力される信号に応じて膨張機２０の回転数を含む負荷が制御される。 The exhaust gas heat exchanger 18 further heats the refrigerant heated by the evaporator 10 with the exhaust gas discharged from the exhaust gas pipe 19 of the engine 2 to bring the refrigerant into a supercritical state.
The expander 20 is a rotating device that expands the refrigerant that has been heated by the evaporator 10 and the exhaust gas heat exchanger 18 to become a supercritical state, and generates a driving force. The expanding device 20 includes the generated driving force. Is connected mechanically to a power generator 28 that converts the power to be used outside the waste heat utilization device. Then, the load including the rotation speed of the expander 20 is controlled in accordance with a signal input to the drive unit of the expander 20.

凝縮器２２は、膨張機２０を経由した冷媒を凝縮液化させる放熱器である。
レシーバ２４は、凝縮器２２にて凝縮された冷媒を気液二層に分離する気液分離器であり、ここで分離された液冷媒のみが冷媒ポンプ２６側に流出される。
冷媒ポンプ２６は、その駆動部に入力される信号に応じて駆動される電動ポンプであり、レシーバ２４から流出された液冷媒を蒸発器１０側に圧送し、ＲＣ回路６に好適に循環させる。 The condenser 22 is a radiator that condenses and liquefies the refrigerant that has passed through the expander 20.
The receiver 24 is a gas-liquid separator that separates the refrigerant condensed in the condenser 22 into gas-liquid two layers, and only the liquid refrigerant separated here flows out to the refrigerant pump 26 side.
The refrigerant pump 26 is an electric pump that is driven in accordance with a signal input to the drive unit, and pumps the liquid refrigerant that has flowed out of the receiver 24 to the evaporator 10 side, and circulates it appropriately in the RC circuit 6.

このように構成される冷却水回路４及びＲＣ回路６は、車両を総合的に制御する電子制御装置であるＥＣＵ（図示しない）により制御される。
具体的には、ＥＣＵには膨張機２０及びポンプ２６の各駆動部が電気的に接続され、更に、凝縮器２２の入口における冷媒の凝縮圧力Ｐconを検出する凝縮圧力センサ（凝縮圧力検出手段）３０、膨張機２０の入口における冷媒の膨張機入口圧力Ｐexを検出する膨張機入口圧力センサ（膨張機入口圧力検出手段）３２、膨張機２０の入口における冷媒の膨張機入口温度Ｔexを検出する膨張機入口温度センサ（膨張機入口温度検出手段）３４が電気的に接続されている。 The cooling water circuit 4 and the RC circuit 6 configured as described above are controlled by an ECU (not shown) which is an electronic control device that comprehensively controls the vehicle.
Specifically, each drive part of the expander 20 and the pump 26 is electrically connected to the ECU, and further, a condensation pressure sensor (condensation pressure detection means) that detects the condensation pressure Pcon of the refrigerant at the inlet of the condenser 22. 30, an expander inlet pressure sensor (expander inlet pressure detection means) 32 for detecting the expander inlet pressure Pex of the refrigerant at the inlet of the expander 20, and an expansion for detecting the expander inlet temperature Tex of the refrigerant at the inlet of the expander 20 A machine inlet temperature sensor (expander inlet temperature detection means) 34 is electrically connected.

ＥＣＵは、これらセンサ３０，３２，３４からの入力信号に応じて膨張機２０及びポンプ２６の各駆動部に駆動信号を出力することにより、ＲＣ回路６、ひいては廃熱利用装置を制御している。
詳しくは、ＥＣＵには図２に示されるようなマップ３６が格納されており、このマップ３６は冷媒の飽和蒸気線、等エントロピ線、等温度線から構成され、ＥＣＵは、これらの線上のデータから、ＲＣ回路６のサイクルの熱収支を示すモリエル線図を決定している。 The ECU outputs a drive signal to each drive unit of the expander 20 and the pump 26 in accordance with input signals from the sensors 30, 32, and 34, thereby controlling the RC circuit 6 and eventually the waste heat utilization device. .
Specifically, a map 36 as shown in FIG. 2 is stored in the ECU, and this map 36 is composed of a saturated vapor line, an isentropic line, and an isothermal line of the refrigerant. Thus, a Mollier diagram showing the heat balance of the cycle of the RC circuit 6 is determined.

以下、図２のマップ３６に示されるモリエル線図を参照してＲＣ回路６の熱収支について説明する。
先ず、冷媒（ａ）は蒸発器１０に流入し、エンジン２から吸熱した冷却水で加熱されてエンタルピｈが増加したガス状態の冷媒（ｂ）にされる。
冷媒（ｂ）は排ガス熱交換器１８に流入し、排ガス管１９を流れる排ガスで更に加熱されて、エンタルピｈが更に増加した超臨界状態の冷媒（ｃ）にされる。 Hereinafter, the heat balance of the RC circuit 6 will be described with reference to the Mollier diagram shown in the map 36 of FIG.
First, the refrigerant (a) flows into the evaporator 10 and is heated by the cooling water that has absorbed heat from the engine 2 to be converted into a gaseous refrigerant (b) in which the enthalpy h has increased.
The refrigerant (b) flows into the exhaust gas heat exchanger 18 and is further heated by the exhaust gas flowing through the exhaust gas pipe 19 to become a supercritical refrigerant (c) in which the enthalpy h is further increased.

冷媒（ｃ）は膨張機２０にて膨張され、エンタルピｈが減少するとともに減圧された冷媒（ｄ）にされる。尚、ｃ点とｄ点を結ぶ線は膨張機２０における冷媒の膨張過程示す膨張過程線３８である。
冷媒（ｄ）は凝縮器２２にて凝縮され、等圧にてエンタルピｈが更に減少した冷媒（ｅ）にされる。 The refrigerant (c) is expanded by the expander 20, and the enthalpy h is reduced and the refrigerant (d) is decompressed. A line connecting the points c and d is an expansion process line 38 indicating the expansion process of the refrigerant in the expander 20.
The refrigerant (d) is condensed by the condenser 22 to be a refrigerant (e) in which the enthalpy h is further reduced at the same pressure.

冷媒（ｅ）はポンプ２６により加圧されて冷媒（ａ）にされた後、再び蒸発器１０に流入し、こうして冷媒（ａ）〜（ｅ）の順にランキンサイクルが繰り返される。
ここで、ＥＣＵは、マップ３６を参照し、膨張機２０の入口における冷媒（ｃ）の設定温度Ｔexs及び設定圧力Ｐexsを設定し、膨張機入口圧力センサ３２にて検出された冷媒（ｃ）の膨張機入口圧力Ｐexが設定圧力Ｐexsになるように膨張機２０の負荷Ｌexを制御する膨張機制御（膨張機制御手段）を実行している。 The refrigerant (e) is pressurized by the pump 26 to become the refrigerant (a), and then flows into the evaporator 10 again. Thus, the Rankine cycle is repeated in the order of the refrigerants (a) to (e).
Here, the ECU refers to the map 36, sets the set temperature Texs and set pressure Pexs of the refrigerant (c) at the inlet of the expander 20, and sets the refrigerant (c) detected by the expander inlet pressure sensor 32. An expander control (expander control means) is executed to control the load Lex of the expander 20 so that the expander inlet pressure Pex becomes the set pressure Pexs.

加えて、ＥＣＵは、この膨張機制御と同時に、膨張機入口温度センサ３４にて検出された冷媒（ｃ）の膨張機入口温度Ｔexが設定温度Ｔexsになるようにポンプ２６の回転数Ｎpを制御するポンプ制御（ポンプ制御手段）を実行している。尚、マップ３６の代わりにこれに相当するデータの参照が可能なデータベース（図示しない）をＥＣＵ内に格納し、このデータベースに基づいて上記各制御を実行するようにしても良い。   In addition, the ECU controls the rotational speed Np of the pump 26 so that the expander inlet temperature Tex of the refrigerant (c) detected by the expander inlet temperature sensor 34 becomes the set temperature Texs simultaneously with the expander control. The pump control (pump control means) is executed. Instead of the map 36, a database (not shown) capable of referring to the corresponding data may be stored in the ECU, and each control described above may be executed based on this database.

以下、図３に示されるフローチャートを参照して、上述した膨張機制御及びポンプ制御の制御ルーチンについて説明する。
先ず、上記各制御がスタートされるとＳ１に移行し、Ｓ１では、マップ３６を参照することにより、凝縮圧力センサ３０にて検出された凝縮器２２の入口における冷媒（ｄ）の凝縮圧力Ｐconに対応する冷媒の飽和蒸気のエントロピＳconを推定し（エントロピ推定手段）、Ｓ２に移行する。 Hereinafter, the control routine of the above-described expander control and pump control will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, when each of the above-described controls is started, the process proceeds to S1, and in S1, the condensing pressure Pcon of the refrigerant (d) at the inlet of the condenser 22 detected by the condensing pressure sensor 30 is referred to by referring to the map 36. The entropy Scon of the saturated vapor of the corresponding refrigerant is estimated (entropy estimation means), and the process proceeds to S2.

Ｓ２では、冷媒（ｃ）の設定温度Ｔexsを設定し（膨張機入口温度設定手段）、Ｓ３に移行する。ここで、冷媒としてＲ１３４ａ、冷媒に添加される潤滑油としてＰＯＥ（ポリオールエーテル）を用いる場合、冷媒の臨界温度以上で冷媒の分解温度未満の温度、好ましくは、冷媒や冷媒に添加される潤滑油が分解しない最高温度である例えば１５０℃が冷媒（ｃ）の設定温度Ｔexsとして設定される。   In S2, the set temperature Texs of the refrigerant (c) is set (expander expansion temperature setting means), and the process proceeds to S3. Here, when R134a is used as the refrigerant and POE (polyol ether) is used as the lubricating oil added to the refrigerant, the temperature is higher than the critical temperature of the refrigerant and lower than the decomposition temperature of the refrigerant, preferably the lubricating oil added to the refrigerant or the refrigerant. For example, 150 ° C., which is the maximum temperature at which no decomposition occurs, is set as the set temperature Texs of the refrigerant (c).

Ｓ３では、マップ３６を参照することにより、Ｓ１で設定されたエントロピＳconとＳ２にて設定された冷媒（ｃ）の設定温度Ｔexsに対応する冷媒（ｃ）の設定圧力Ｐexsを設定し（膨張機入口圧力設定手段）、本制御ルーチンをリターンする。図２の場合、エントロピＳconの等エントロピ線上で１５０℃となる設定温度Ｔexsに対応する冷媒（ｃ）の設定圧力Ｐexsを９ＭＰａとして読み取って設定される。   In S3, the set pressure Pexs of the refrigerant (c) corresponding to the entropy Scon set in S1 and the set temperature Texs of the refrigerant (c) set in S2 is set by referring to the map 36 (expander) Inlet pressure setting means), this control routine is returned. In the case of FIG. 2, the set pressure Pexs of the refrigerant (c) corresponding to the set temperature Texs at 150 ° C. on the isentropic line of the entropy Scon is read as 9 MPa and set.

ここで、Ｓ２にて設定された設定温度Ｔexsは、Ｓ４にて実行されるポンプ制御の目標値として使用され、膨張機入口温度Ｔexが設定温度Ｔexsになるようにポンプ２６の回転数Ｎpを制御する。
具体的には、ポンプ２６の回転数Ｎpは、循環路７を循環する冷媒の量、即ち排ガス熱交換器１８に通ガスされる単位時間あたりの冷媒量を決定することから、ポンプ２６の回転数Ｎpを減少させることにより、排ガス熱交換器１８に滞留する単位時間あたりの冷媒量が減少するため、膨張機入口温度Ｔexが上昇する。 Here, the set temperature Texs set in S2 is used as a target value for the pump control executed in S4, and the rotational speed Np of the pump 26 is controlled so that the expander inlet temperature Tex becomes the set temperature Texs. To do.
Specifically, the rotational speed Np of the pump 26 determines the amount of refrigerant circulating in the circulation path 7, that is, the amount of refrigerant per unit time passed through the exhaust gas heat exchanger 18. By reducing the number Np, the amount of refrigerant per unit time staying in the exhaust gas heat exchanger 18 is decreased, so that the expander inlet temperature Tex is increased.

一方、ポンプ２６の回転数Ｎpを増大させることにより、排ガス熱交換器１８に滞留する単位時間あたりの冷媒量が増大するため、膨張機入口温度Ｔexが低下する。
これに対し、Ｓ３にて設定された設定圧力Ｐexsは、Ｓ５にて実行される膨張機制御の目標値として使用され、Ｓ５では膨張機入口圧力Ｐexが設定圧力Ｐexsになるように膨張機２０の負荷Ｌexを制御する。 On the other hand, by increasing the rotational speed Np of the pump 26, the amount of refrigerant per unit time staying in the exhaust gas heat exchanger 18 increases, so the expander inlet temperature Tex decreases.
On the other hand, the set pressure Pexs set in S3 is used as a target value for the expander control executed in S5. In S5, the expander inlet pressure Pex becomes the set pressure Pexs so that the expander inlet pressure Pex becomes the set pressure Pexs. The load Lex is controlled.

具体的には、膨張機２０の負荷Ｌexを減少させることにより、膨張機２０の回転数Ｎexが増大し、膨張機２０を通ガスされる冷媒量が増大するため、膨張機入口圧力Ｐexが低下する。
一方、膨張機２０の負荷Ｌexを増大させることにより、膨張機２０の回転数Ｎexが減少し、膨張機２０を通ガスされる冷媒量が減少するため、膨張機入口圧力Ｐexが上昇する。 Specifically, by reducing the load Lex of the expander 20, the rotational speed Nex of the expander 20 is increased, and the amount of refrigerant gas passed through the expander 20 is increased, so that the expander inlet pressure Pex is decreased. To do.
On the other hand, by increasing the load Lex of the expander 20, the rotational speed Nex of the expander 20 is decreased, and the amount of refrigerant gas passed through the expander 20 is decreased, so that the expander inlet pressure Pex is increased.

以上のように、本実施形態では、上述した膨張機制御及びポンプ制御を同時に実行することにより、膨張機２０の入口における冷媒温度である膨張機入口温度Ｔexと、膨張機２０の入口における冷媒圧力である膨張機入口圧力Ｐexとを同時に制御することができるため、高圧側が超臨界状態となるＲＣ回路６の膨張機２０の入口の冷媒特性を最適に制御することができる。   As described above, in the present embodiment, the expander control and the pump control described above are performed simultaneously, so that the expander inlet temperature Tex that is the refrigerant temperature at the inlet of the expander 20 and the refrigerant pressure at the inlet of the expander 20. Therefore, the refrigerant characteristics at the inlet of the expander 20 of the RC circuit 6 in which the high pressure side is in a supercritical state can be optimally controlled.

具体的には、冷媒や冷媒に添加される潤滑油が分解しない最高温度である例えば１５０℃を設定温度Ｔexsとして設定することにより、膨張機２の入口の冷媒や冷媒に添加された潤滑油の熱分解を防止しながら膨張機入口温度Ｔexを極力大きくしつつ、膨張機２０における冷媒の圧力差ΔＰexを極力大きくすることができるため、ＲＣ回路６、ひいては廃熱利用装置における熱回収効率を大幅に向上することができる。   Specifically, the maximum temperature at which the refrigerant or the lubricating oil added to the refrigerant is not decomposed, for example, 150 ° C. is set as the set temperature Texs, so that the lubricating oil added to the refrigerant or the refrigerant at the inlet of the expander 2 Since the refrigerant pressure difference ΔPex in the expander 20 can be increased as much as possible while increasing the expander inlet temperature Tex as much as possible while preventing thermal decomposition, the heat recovery efficiency in the RC circuit 6 and eventually the waste heat utilization device is greatly increased. Can be improved.

次に、本発明の第２実施形態について図４のマップ３６を参照して説明する。
当該第２実施形態は、上記第１実施形態における膨張機制御及びポンプ制御の制御ルーチンのＳ１におけるエントロピＳconの推定方法を変更するものであり、他は上記第１実施形態と同様の構成をなしている。
本実施形態では、Ｓ１において、凝縮圧力Ｐconにおける飽和蒸気冷媒に所定の補正過熱温度Ｔcorを加算した点でエントロピＳconとして推定する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to a map 36 in FIG.
The second embodiment changes the entropy Scon estimation method in S1 of the control routine for the expander control and pump control in the first embodiment, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. ing.
In this embodiment, in S1, it estimates as entropy Scon by the point which added predetermined correction | amendment superheat temperature Tcor to the saturated vapor refrigerant in condensing pressure Pcon.

以上のように、本実施形態では、上述したようにしてエントロピＳconを推定することにより、膨張機出口が確実に過熱蒸気となるため、膨張機２０における膨張過程で冷媒が気液二相になることが防止され、液冷媒の発生による膨張機２０の駆動力減少や膨張機２０内でのエロージョンの発生を確実に防止することができるため、膨張機２０、ひいてはＲＣ回路６を安定的に作動させることができ、ＲＣ回路６、ひいては廃熱利用装置の熱回収効率を更に向上することができる。   As described above, in this embodiment, the entropy Scon is estimated as described above, whereby the expander outlet reliably becomes superheated steam. Therefore, the refrigerant becomes a gas-liquid two-phase during the expansion process in the expander 20. Therefore, it is possible to reliably prevent the drive force of the expander 20 from being reduced and the occurrence of erosion in the expander 20 due to the generation of the liquid refrigerant, so that the expander 20 and thus the RC circuit 6 can be operated stably. Thus, the heat recovery efficiency of the RC circuit 6 and thus the waste heat utilization device can be further improved.

次に、本発明の第３実施形態について図５のマップ３６、及び図６のフローチャートを参照して説明する。
当該第３実施形態は、上記第１実施形態における膨張機制御及びポンプ制御の制御ルーチンのＳ２における設定温度Ｔexsの設定方法を変更するものであり、他は上記第１実施形態と同様の構成をなしている。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to a map 36 in FIG. 5 and a flowchart in FIG.
The third embodiment changes the setting method of the set temperature Texs in S2 of the control routine of the expander control and the pump control in the first embodiment, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. There is no.

本実施形態では、ポンプ２６の回転数Ｎpには所定の最低回転数Ｎpminが予め設定されており、ポンプ制御によってポンプ２６の回転数Ｎpを最低回転数Ｎpminまで下げても膨張機入口温度センサ３４にて検出された膨張機入口温度Ｔexが設定温度Ｔexsにならないとき、ポンプ２６の回転数Ｎpが最低回転数Ｎpminとなるときに膨張機入口温度センサ３４により検出された膨張機入口温度Ｔexpminを設定温度Ｔexsとして設定する。   In the present embodiment, a predetermined minimum rotational speed Npmin is set in advance as the rotational speed Np of the pump 26. Even if the rotational speed Np of the pump 26 is lowered to the minimum rotational speed Npmin by pump control, the expander inlet temperature sensor 34 is set. The expander inlet temperature Texpmin detected by the expander inlet temperature sensor 34 when the rotational speed Np of the pump 26 reaches the minimum rotational speed Npmin is set when the expander inlet temperature Tex detected in step S3 does not reach the set temperature Texs. Set as temperature Texs.

詳しくは、設定温度Ｔexsの設定に係る制御ルーチンを示した図６のフローチャートを参照すると、Ｓ１１において、Ｔex＝Ｔexsとなるか否かを判定し、判定結果が真（Ｙｅｓ）でＴex＝Ｔexsが成立すると判定された場合には本制御ルーチンをリターンして通常のポンプ制御を実行し、判定結果が偽（Ｎｏ）でＴex＝Ｔexsが成立しないと判定された場合にはＳ１２に移行する。   Specifically, referring to the flowchart of FIG. 6 showing the control routine for setting the set temperature Texs, it is determined whether or not Tex = Texs is satisfied in S11, and the determination result is true (Yes) and Tex = Texs is set. If it is determined that the condition is satisfied, the control routine is returned to perform normal pump control. If the determination result is false (No) and it is determined that Tex = Texs is not satisfied, the process proceeds to S12.

Ｓ１２では、Ｎp≦Ｎpminとなるか否かを判定し、判定結果が真（Ｙｅｓ）でＮp≦Ｎpminが成立すると判定された場合にはＳ１３に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）でＮp≦Ｎpminが成立しないと判定された場合には本制御ルーチンをリターンして通常のポンプ制御を実行する。
Ｓ１３では、Ｎp＝Ｎpminとなるときの膨張機入口温度Ｔexpminを膨張機入口温度センサ３４により検出し、Ｓ１４に移行する。 In S12, it is determined whether or not Np ≦ Npmin. If it is determined that the determination result is true (Yes) and Np ≦ Npmin is satisfied, the process proceeds to S13, and the determination result is false (No) and Np ≦ Npmin. When it is determined that Npmin is not established, the control routine is returned to perform normal pump control.
In S13, the expander inlet temperature Texpmin when Np = Npmin is detected by the expander inlet temperature sensor 34, and the process proceeds to S14.

Ｓ１４では、ポンプ制御にて膨張機入口温度Ｔexpminを設定温度Ｔexsとして設定し、本制御ルーチンをリターンする。尚、図５の場合の冷媒（ｃ３）における膨張機入口温度Ｔexpminは１２０℃となっている。
その後、Ｓ３では、マップ３６を参照することにより、１２０℃となる設定温度Ｔexsに対応する設定圧力Ｐexsを５ＭＰａとして読み取って設定し、Ｓ５では膨張機入口圧力Ｐexが５ＭＰａになるように膨張機制御を実行する。 In S14, the expander inlet temperature Texpmin is set as the set temperature Texs by the pump control, and this control routine is returned. Note that the expander inlet temperature Texpmin in the refrigerant (c 3 ) in FIG. 5 is 120 ° C.
Thereafter, in S3, by referring to the map 36, the set pressure Pexs corresponding to the set temperature Texs of 120 ° C. is read and set as 5 MPa, and in S5, the expander control is performed so that the expander inlet pressure Pex becomes 5 MPa. Execute.

以上のように、本実施形態では、上述したようにして設定温度Ｔexsを設定することにより、ポンプ２６が最低回転数Ｎpminで回転される場合であっても、膨張機２０における冷媒の入口圧力Ｐexがその場合において極力大きくなるように膨張機２０の負荷Ｌexを制御することができるため、高圧側が超臨界状態となるＲＣ回路６の膨張機２０の入口の冷媒特性を常に最適に制御することができる。   As described above, in the present embodiment, by setting the set temperature Texs as described above, the refrigerant inlet pressure Pex in the expander 20 even when the pump 26 is rotated at the minimum rotation speed Npmin. In such a case, the load Lex of the expander 20 can be controlled so as to be as large as possible. Therefore, it is possible to always optimally control the refrigerant characteristics at the inlet of the expander 20 of the RC circuit 6 in which the high pressure side is in a supercritical state. it can.

次に、本発明の第４実施形態について図７のマップ３６を参照して説明する。
当該第４実施形態は、上記第２，第３実施形態における膨張機制御及びポンプ制御の制御ルーチンのＳ１におけるエントロピＳconの推定方法を変更するものであり、他は上記第２，第３実施形態と同様の構成をなしている。
本実施形態では、冷媒（c）のエントロピＳexが冷媒（ｄ４）のエントロピＳconよりも小となるようにエントロピＳconを推定する。即ち、凝縮圧力Ｐconにおける飽和蒸気冷媒に所定の補正過熱温度相当分を加算した点で冷媒（ｄ４）のエントロピを推定し、そのエントロピから所定の補正比率を減算したエントロピを冷媒（c）のエントロピとして推定する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to a map 36 in FIG.
The fourth embodiment changes the estimation method of entropy Scon in S1 of the control routine of the expander control and pump control in the second and third embodiments, and the other is the second and third embodiments. It has the same configuration as
In the present embodiment, the entropy Scon is estimated so that the entropy Sex of the refrigerant (c) is smaller than the entropy Scon of the refrigerant (d 4 ). That is, the entropy of the refrigerant (d 4 ) is estimated at a point obtained by adding a predetermined correction superheat temperature equivalent to the saturated vapor refrigerant at the condensation pressure Pcon, and the entropy obtained by subtracting a predetermined correction ratio from the entropy is obtained as the refrigerant (c). Estimated as entropy.

この補正エントロピＳconの値は、ｃ点とｄ４点を結ぶ膨張過程線３８の傾きをｄ４点を通る等エントロピ線の傾きよりも所定量だけ小さくするために予め設定され、この膨張過程線３８の傾きは膨張機２０の全断熱膨張効率を考慮した仕様に応じて一義に決定される。
以上のように、本実施形態では、上述したようにしてエントロピＳconを推定することにより、膨張機２０の全断熱膨張効率、換言するとポリトロープ膨張効率を考慮してエントロピＳconを推定することができるため、高圧側が超臨界状態となるＲＣ回路６の膨張機２０の入口の冷媒特性を膨張機の実際の断熱性能に即して確実に制御することができる。 The value of the correction entropy Scon is preset inclination of expansion process line 38 connecting the point c and d 4 points in order to reduce by a predetermined amount than the slope of the isentropic line that passes through the d 4 points, the expansion process line The inclination of 38 is uniquely determined according to the specification considering the total adiabatic expansion efficiency of the expander 20.
As described above, in this embodiment, the entropy Scon can be estimated in consideration of the total adiabatic expansion efficiency of the expander 20, in other words, the polytropic expansion efficiency, by estimating the entropy Scon as described above. The refrigerant characteristics at the inlet of the expander 20 of the RC circuit 6 in which the high pressure side becomes a supercritical state can be reliably controlled in accordance with the actual heat insulation performance of the expander.

次に、本発明の第５実施形態について図８のマップ３６を参照して説明する。
当該第５実施形態は、図示しない膨張機出口温度センサ（膨張機出口温度検出手段）により実際の膨張機出口温度を測定して、仮決めしているｄ２点の温度との間に差が生じている場合には膨張機制御を行うものであり、他は上記第４実施形態と同様の構成をなしている。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to a map 36 in FIG.
In the fifth embodiment, an actual expander outlet temperature is measured by an expander outlet temperature sensor (expander expander temperature detecting means) (not shown), and there is a difference between the temporarily determined temperatures at two points d. If it occurs, expander control is performed, and the other configuration is the same as that of the fourth embodiment.

本実施形態では、先ず、冷媒の凝縮圧力を過熱度（５Ｋ）を設けてｄ２点を仮設定し、その点のエントロピを求める。
次に、そのエントロピにおける膨張機入口の冷媒温度を設定温度（１５０℃）としてｃ５点を仮設定し、その点の圧力を膨張機入口設定圧力Ｐexsとする。
次に、膨張機負荷Ｌexを制御して膨張機入口圧力Ｐexが設定圧力Ｐexsとなるように制御する。 In this embodiment, first, the condensation pressure of the refrigerant is provided with the degree of superheat (5K), provisionally set d 2 point, and the entropy at that point is obtained.
Next, temporarily set the c 5 points refrigerant temperature of the expander inlet in the entropy as a set temperature (0.99 ° C.), the pressure of the point and the expander inlet set pressure Pexs.
Next, the expander load Lex is controlled so that the expander inlet pressure Pex becomes the set pressure Pexs.

ここで、ｃ５点はあくまでも仮設定であって、その冷媒温度は１５０℃に一致するとは限らないため、ポンプ流量を制御して膨張機入口の冷媒温度Ｔexを１５０℃に合わせる。これにより、ｃ５点の冷媒の性状が確定する。
一方、ｄ２点もあくまでも仮設定であって、その過熱度は５Ｋに一致するとは限らないため、膨張機負荷Ｌexを制御して過熱度を５Ｋに合わせる。具体的には、ｄ２点よりも膨張機出口温度が高いときには設定圧力Ｐexsを大きくし、温度が低いときには設定圧力Ｐexsを小さくする。これにより、ｄ２点の冷媒の性状が確定する。 Here, a c 5 points merely temporary setting, the refrigerant temperature because not necessarily coincide with 0.99 ° C., the pump flow rate control to adjust the refrigerant temperature Tex of the expander inlet 0.99 ° C.. Thus, the properties of the refrigerant c 5 points is determined.
On the other hand, there is also merely temporarily set d 2 points, fit for the degree of superheat which does not necessarily coincide with the 5K, the superheat degree control the expander load Lex to 5K. Specifically, when high expander outlet temperature than d 2 points increase the set pressure Pexs, is to reduce the set pressure Pexs when the temperature is low. Thus, the properties of the refrigerant d 2 points is determined.

以上のように、本実施形態では、膨張機の出口における冷媒の温度を検出する膨張機出口温度センサを更に備え、膨張機出口温度センサにて検出された膨張機出口温度が凝縮圧力センサ３０にて検出された凝縮圧力に対応し所定の補正温度を加算した過熱蒸気温度となるように設定圧力Ｐexsを補正する。これにより、低圧側（ｄ２）から高圧側（ｃ５）を推定して、高圧側（ｃ５）を設定し、その結果の低圧側（ｄ２）をみて高圧側（ｃ５）を微調整することができるため、冷媒の膨張を保持しつつ、冷媒の分解温度未満にて、膨張機２０の入口と出口との冷媒の圧力差を最も大きくすることができ、ＲＣ回路６、ひいては廃熱利用装置の熱回収効率を更に大幅に向上することができる。 As described above, the present embodiment further includes an expander outlet temperature sensor that detects the temperature of the refrigerant at the outlet of the expander, and the expander outlet temperature detected by the expander outlet temperature sensor is stored in the condensation pressure sensor 30. The set pressure Pexs is corrected so that the superheated steam temperature is obtained by adding a predetermined correction temperature corresponding to the detected condensation pressure. Thereby, the high pressure side (c 5 ) is estimated from the low pressure side (d 2 ), the high pressure side (c 5 ) is set, and the high pressure side (c 5 ) is finely determined by looking at the low pressure side (d 2 ) as a result. Since the refrigerant can be adjusted, the refrigerant pressure difference between the inlet and the outlet of the expander 20 can be maximized at a temperature lower than the refrigerant decomposition temperature while maintaining the refrigerant expansion. The heat recovery efficiency of the heat utilization device can be further greatly improved.

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記各実施形態では凝縮圧力を測定しているが、この圧力の代わりに凝縮温度を測定しても良い。
また、上記各実施形態ではランキンサイクルの冷媒としてＲ１３４ａを用いているが、この他の冷媒として、Ｒ１５２ａやＲ１２３４ｙｆ（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を用いることが可能であり、何れの冷媒も膨張機入口温度を１５０℃に設定可能である。 Although the description of one embodiment of the present invention has been completed above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, although the condensation pressure is measured in the above embodiments, the condensation temperature may be measured instead of this pressure.
In each of the above embodiments, R134a is used as the Rankine cycle refrigerant, but other refrigerants such as R152a and R1234yf (HFO-1234yf) can be used, and each refrigerant has an expander inlet temperature. It can be set to 150 ° C.

更に、上記各実施形態では、ポンプ制御にてポンプ２６の回転数Ｎpを制御しているが、例えばポンプ２６をバイパスするバイパス路と、バイパス路に介挿されるバイパス弁とを設け、このバイパス弁を制御するようにしても良い。   Furthermore, in each said embodiment, although the rotation speed Np of the pump 26 is controlled by pump control, the bypass path which bypasses the pump 26 and the bypass valve inserted in a bypass path are provided, for example, and this bypass valve is provided. May be controlled.

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the waste-heat utilization apparatus of the internal combustion engine which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図１の廃熱利用装置のＥＣＵに格納されたマップを示した図である。It is the figure which showed the map stored in ECU of the waste heat utilization apparatus of FIG. 図２のマップを参照しながら実行される膨張機制御及びポンプ制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the control routine of the expander control performed while referring the map of FIG. 2, and pump control. 本発明の第２実施形態に係るマップを示した図である。It is the figure which showed the map which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係るマップを示した図である。It is the figure which showed the map which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図５のマップを参照しながら実行される膨張機制御及びポンプ制御の制御ルーチンの一部を示した図である。It is the figure which showed a part of control routine of the expander control performed with reference to the map of FIG. 5, and pump control. 本発明の第４実施形態に係るマップを示した図である。It is the figure which showed the map which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５実施形態に係るマップを示した図である。It is the figure which showed the map which concerns on 5th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

２ エンジン（内燃機関）
６ ランキンサイクル
７ 冷媒の循環路
１０ 蒸発器（熱交換器）
２０ 膨張機
２２ 凝縮器
２６ 冷媒ポンプ（ポンプ）
３０ 凝縮圧力センサ（凝縮圧力検出手段）
３２ 膨張機入口圧力センサ（膨張機入口圧力検出手段）
３４ 膨張機入口温度センサ（膨張機入口温度検出手段） 2 Engine (Internal combustion engine)
6 Rankine cycle 7 Refrigerant circuit 10 Evaporator (heat exchanger)
20 expander 22 condenser 26 refrigerant pump (pump)
30 Condensation pressure sensor (condensation pressure detection means)
32. Expander inlet pressure sensor (expander inlet pressure detection means)
34. Expander inlet temperature sensor (expander inlet temperature detection means)

Claims (8)

冷媒の循環路に、内燃機関の廃熱により冷媒を加熱して超臨界状態とする熱交換器、該熱交換器を経由した冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機、該膨張機を経由した冷媒を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した冷媒を熱交換器に圧送するポンプが順次介挿されるランキンサイクルを備えた内燃機関の廃熱利用装置であって、
冷媒の凝縮圧力を検出する凝縮圧力検出手段と、
前記膨張機の入口における冷媒の圧力を検出する膨張機入口圧力検出手段と、
前記凝縮圧力検出手段にて検出された凝縮圧力に対応する飽和蒸気冷媒のエントロピを推定するエントロピ推定手段と、
前記膨張機の入口における冷媒の設定温度を設定する膨張機入口温度設定手段と、
前記膨張機入口温度設定手段にて設定された設定温度と前記エントロピ推定手段にて推定されたエントロピに対応する冷媒圧力を前記膨張機の入口の冷媒の設定圧力として設定する膨張機入口圧力設定手段と、
前記膨張機入口圧力検出手段にて検出された膨張機入口圧力が前記膨張機入口圧力設定手段にて設定された設定圧力になるように前記膨張機の負荷を制御する膨張機制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置。 A heat exchanger that heats the refrigerant by waste heat of the internal combustion engine to a supercritical state in the refrigerant circulation path, an expander that expands the refrigerant that has passed through the heat exchanger to generate a driving force, and the expander A waste heat utilization device for an internal combustion engine having a Rankine cycle in which a condenser for condensing the refrigerant that has passed through, and a pump that pumps the refrigerant that has passed through the condenser to a heat exchanger are sequentially inserted,
Condensing pressure detecting means for detecting the condensing pressure of the refrigerant;
Expander inlet pressure detection means for detecting the pressure of the refrigerant at the inlet of the expander;
Entropy estimation means for estimating the entropy of the saturated vapor refrigerant corresponding to the condensation pressure detected by the condensation pressure detection means;
Expander inlet temperature setting means for setting the set temperature of the refrigerant at the inlet of the expander;
Expander inlet pressure setting means for setting the set temperature set by the expander inlet temperature setting means and the refrigerant pressure corresponding to the entropy estimated by the entropy estimation means as the set pressure of the refrigerant at the inlet of the expander When,
Expander control means for controlling the load of the expander so that the expander inlet pressure detected by the expander inlet pressure detection means becomes a set pressure set by the expander inlet pressure setting means. An internal combustion engine waste heat utilization device. 前記エントロピ推定手段は、前記凝縮圧力検出手段にて検出された凝縮圧力に対応し所定の補正温度を加算したものを過熱蒸気のエントロピとして推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の廃熱利用装置。   2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the entropy estimation unit estimates an entropy of superheated steam that corresponds to the condensation pressure detected by the condensation pressure detection unit and adds a predetermined correction temperature. Waste heat utilization equipment. 前記膨張機入口圧力設定手段は、前記膨張機入口温度設定手段にて設定された設定温度と前記エントロピ推定手段にて推定されたエントロピから所定の補正比率を減算したエントロピに対応する冷媒圧力を前記膨張機の入口の冷媒の設定圧力として設定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の廃熱利用装置。   The expander inlet pressure setting means has a refrigerant pressure corresponding to an entropy obtained by subtracting a predetermined correction ratio from the set temperature set by the expander inlet temperature setting means and the entropy estimated by the entropy estimation means. The waste heat utilization apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the apparatus is set as a set pressure of a refrigerant at an inlet of the expander. 前記膨張機の入口における冷媒の温度を検出する膨張機入口温度検出手段と、
前記膨張機入口温度検出手段にて検出された膨張機入口温度が前記膨張機入口温度設定手段にて設定された設定温度になるように前記ポンプにて圧送する冷媒の流量を制御するポンプ制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の廃熱利用装置。 Expander inlet temperature detection means for detecting the temperature of the refrigerant at the inlet of the expander;
Pump control means for controlling the flow rate of the refrigerant pumped by the pump so that the expander inlet temperature detected by the expander inlet temperature detection means becomes a set temperature set by the expander inlet temperature setting means. The waste heat utilization apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising: 前記ポンプには圧送可能な所定の最低流量が予め設定され、
前記ポンプ制御手段によって前記ポンプにて圧送する冷媒の流量を前記所定の最低流量まで下げても前記膨張機入口温度検出手段にて検出された膨張機入口温度が前記膨張機入口温度設定手段にて設定された設定温度にならないとき、前記膨張機入口温度設定手段は、前記ポンプにて圧送する冷媒の流量が前記所定の最低流量となるときに前記膨張機入口温度検出手段にて検出された膨張機入口温度を設定温度として設定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の廃熱利用装置。 The pump has a predetermined minimum flow rate that can be pumped in advance,
Even if the flow rate of the refrigerant pumped by the pump by the pump control means is lowered to the predetermined minimum flow rate, the expander inlet temperature detected by the expander inlet temperature detection means is detected by the expander inlet temperature setting means. When the set temperature is not reached, the expander inlet temperature setting means detects the expansion detected by the expander inlet temperature detection means when the flow rate of the refrigerant pumped by the pump reaches the predetermined minimum flow rate. The waste heat utilization apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the machine inlet temperature is set as a set temperature. 前記膨張機入口温度設定手段は、冷媒の臨界温度以上で、且つ冷媒の分解温度未満の温度を前記設定温度として設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の内燃機関の廃熱利用装置。   6. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the expander inlet temperature setting unit sets a temperature that is equal to or higher than a critical temperature of the refrigerant and lower than a decomposition temperature of the refrigerant as the set temperature. Waste heat utilization equipment. 前記膨張機入口温度設定手段は、冷媒が分解しない最高温度を前記設定温度として設定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の廃熱利用装置。   The waste heat utilization device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the expander inlet temperature setting means sets a maximum temperature at which the refrigerant is not decomposed as the set temperature. 前記膨張機の出口における冷媒の温度を検出する膨張機出口温度検出手段を更に備え、
前記膨張機出口温度検出手段にて検出された膨張機出口温度が前記凝縮圧力検出手段にて検出された凝縮圧力に対応し所定の補正温度を加算した過熱蒸気温度となるように前記設定圧力を補正することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の廃熱利用装置。 Further comprising expander outlet temperature detection means for detecting the temperature of the refrigerant at the outlet of the expander;
The set pressure is set so that the expander outlet temperature detected by the expander outlet temperature detection means becomes a superheated steam temperature corresponding to the condensation pressure detected by the condensation pressure detection means and adding a predetermined correction temperature. The waste heat utilization apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein correction is performed.
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