JP2008196379A - Exhaust heat recovering device and engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To supply cooling water to an engine having high pressure and circulate a sufficient amount of cooling water to each part of the engine equipped with a Rankine cycle. <P>SOLUTION: This exhaust heat recovering device (1) is equipped with a first cooling water path (12) extending from a lower part of a water jacket (3), a three-way valve (16) disposed downstream of the first cooling water path (12), a second cooling water path (17) extending downstream from the three-way valve (16), a second cooling water path (17) connecting the three-way valve (16) to a catch tank (11), and a steam path (6) branched at a downstream part of an outlet of the water jacket (3), into a power collecting path (6a) and its bypass path (6b). The bypass path (6b) is provided with an opening/closing valve (20) and its terminal end is connected to the catch tank (11). When supplying cooling water inside the catch tank (11) into the water jacket (3), steam pressure is applied inside the water jacket (3), and differential pressure between the outlet and inlet of a water pump (5) is made small. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、エンジンにおける廃熱を、蒸気を介して回収する廃熱回収装置に関する。   The present invention relates to a waste heat recovery apparatus that recovers waste heat in an engine via steam.

従来、内燃機関(エンジン)の駆動に伴って発生する廃熱を、ランキンサイクルを利用して回収する廃熱回収装置が知られている。このような廃熱回収装置には、例えば、エンジンの水冷冷却系統を密閉構造とし、エンジンにおける廃熱によって気化した冷却水、すなわち蒸気によって膨張器(タービン)を駆動して、その蒸気の持つ熱エネルギーを電気エネルギー等に変換して回収するものがある。このような廃熱回収装置を改良したものが、例えば、特許文献1に開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a waste heat recovery device that recovers waste heat generated by driving an internal combustion engine (engine) using a Rankine cycle. In such a waste heat recovery device, for example, the water cooling cooling system of the engine has a sealed structure, and the expander (turbine) is driven by cooling water vaporized by the waste heat in the engine, that is, steam, and the heat of the steam There is one that converts energy into electrical energy and recovers it. For example, Patent Document 1 discloses an improved version of such a waste heat recovery apparatus.

特開2000−345835号公報JP 2000-345835 A

このような廃熱回収装置におけるエンジンの水冷冷却系統では、冷却水が蒸発する際にエンジンから吸収する潜熱によって、エンジンを冷却している。このように冷却水の蒸発時の潜熱を利用するエンジンの冷却では、冷却に必要となる冷却水の量が、液体の状態でエンジンの冷却を行う場合に比較して大幅に少なくて済む。しかしながら、蒸発した冷却水、すなわち、蒸気で満たされるエンジンの水冷冷却系統内は、高圧となっているため、低圧の外部から冷却水を供給するには、ウォータポンプは非常に高い吐出圧が要求される。   In such a water-cooled cooling system for an engine in a waste heat recovery apparatus, the engine is cooled by latent heat absorbed from the engine when the cooling water evaporates. As described above, in cooling the engine using the latent heat at the time of evaporation of the cooling water, the amount of cooling water required for cooling is much smaller than when the engine is cooled in the liquid state. However, since the water-cooled cooling system of the engine that is filled with evaporated cooling water, that is, steam, has a high pressure, the water pump requires a very high discharge pressure to supply the cooling water from outside the low pressure. Is done.

このように、廃熱回収装置はエンジンの水冷冷却系統内へ冷却水を供給するために、冷却水の高圧化を要求する一方で、冷却水を暖機に利用する室内用のヒータやスロットル機構などの機能を即座に発揮させるために、大量の冷却水の供給が必要となることがある。このように、廃熱回収装置は、性質の異なる二つの要求がある。これらの要求を満たすために2種類のウォータポンプを装備することも考えられるが、2種類のウォータポンプを搭載することは、車両のスペースを考慮すると困難である。   As described above, the waste heat recovery device requires a high pressure of the cooling water to supply the cooling water into the water cooling cooling system of the engine. On the other hand, the indoor heater or the throttle mechanism that uses the cooling water for warming up is required. A large amount of cooling water may need to be supplied in order to immediately perform such functions. Thus, the waste heat recovery apparatus has two requirements with different properties. In order to satisfy these requirements, it is conceivable to equip two types of water pumps, but it is difficult to install two types of water pumps in consideration of the space of the vehicle.

そこで、本発明は、高圧となったエンジン内への冷却水の供給を可能とすると共に、エンジンの各部へ十分な量の冷却水を循環させることのできる廃熱回収装置を提案することを課題とする。   Therefore, the present invention has an object to propose a waste heat recovery device that enables the supply of cooling water into the engine at a high pressure and circulates a sufficient amount of cooling water to each part of the engine. And

かかる課題を達成するための、本発明の廃熱回収装置は、膨張器及び凝縮器が配置された動力回収経路と、当該動力回収経路のバイパス経路と、前記動力回収経路と前記バイパス経路とを切り替え、蒸気の流通経路を変更する蒸気流通経路切替手段と、を備えたことを特徴とする(請求項1)。このような構成とすることにより、高圧となった系内に冷却水を供給する際に蒸気をバイパス経路へ流通させ、その蒸気の圧力を系内へ供給される冷却水へ作用させることにより、系内への冷却水の供給を容易に行うことができる。このような廃熱回収装置は、一つのウォータポンプを備えていればよい。このウォータポンプ自体は、吐出圧が高圧でなくてもよい。すなわち、ウォータポンプが吸い込む冷却水自体に蒸気の圧力が作用しているため、高圧の系内への冷却水の供給が可能となる。ウォータポンプの容量は、室内用のヒータやスロットル機構の周囲に冷却水を供給し、これらの機器の機能を即座に発揮できるものとなっていればよい。   In order to achieve such a problem, a waste heat recovery apparatus of the present invention includes a power recovery path in which an expander and a condenser are arranged, a bypass path of the power recovery path, the power recovery path, and the bypass path. And a steam flow path switching means for switching and changing a steam flow path (Claim 1). By adopting such a configuration, when supplying the cooling water into the high pressure system, the steam is circulated to the bypass path, and the pressure of the steam acts on the cooling water supplied into the system. Cooling water can be easily supplied into the system. Such a waste heat recovery apparatus should just be provided with one water pump. The water pump itself may not have a high discharge pressure. That is, since the steam pressure acts on the cooling water itself sucked by the water pump, the cooling water can be supplied into the high-pressure system. The capacity of the water pump is not limited as long as the cooling water is supplied around the indoor heater and the throttle mechanism so that the functions of these devices can be immediately demonstrated.

このような廃熱回収装置は、ウォータポンプを備え、ウォータジャケット又は前記凝縮器を冷却水の供給元とする冷却水供給経路と、当該冷却水供給経路における冷却水の供給元を切り替える冷却水供給元切替手段と、をさらに備えた構成とすることができる(請求項2)。   Such a waste heat recovery apparatus includes a water pump, and a cooling water supply path that switches between a cooling water supply path that uses a water jacket or the condenser as a cooling water supply source and a cooling water supply source in the cooling water supply path. The original switching means may be further provided (claim 2).

このような廃熱回収装置における前記蒸気流通経路切替手段は、前記ウォータジャケット内の冷却水の残量に応じて前記動力回収経路と前記バイパス経路との切り替えを行う(請求項3)。また、前記冷却水供給元切替手段は、前記ウォータジャケット内の冷却水の残量に応じて前記冷却水の供給元を切り替える(請求項4)。このように各経路の切り替えを行うことにより、ウォータジャケット内へ冷却水を供給することができ、また、ウォータジャケット内の冷却水の量を維持することができる。   The steam flow path switching means in such a waste heat recovery apparatus switches between the power recovery path and the bypass path according to the remaining amount of cooling water in the water jacket. Further, the cooling water supply source switching means switches the cooling water supply source according to the remaining amount of the cooling water in the water jacket. Thus, by switching each path | route, a cooling water can be supplied in a water jacket and the quantity of the cooling water in a water jacket can be maintained.

さらに、このような廃熱回収装置では、前記動力回収経路は、前記凝縮器の下流側に冷却水逆流防止手段を備えた構成とすることができる(請求項5)。この冷却水逆流防止手段は、蒸気の流通経路をバイパス経路に切り替えたときにバイパス経路内が高圧になることを考慮し、この圧力を受けた冷却水が凝縮器側へ逆流することを抑制するためのものである。   Furthermore, in such a waste heat recovery apparatus, the power recovery path may be configured to include a cooling water backflow prevention means on the downstream side of the condenser (Claim 5). This cooling water backflow prevention means suppresses the backflow of cooling water that has received this pressure to the condenser side in consideration of the high pressure in the bypass path when the steam flow path is switched to the bypass path. Is for.

これらの廃熱回収装置をエンジンに組み込めば、本発明のエンジンとすることができる(請求項6)。   By incorporating these waste heat recovery devices into the engine, the engine of the present invention can be obtained (claim 6).

本発明によれば、ウォータジャケット内へ冷却水を供給するときに、その冷却水に蒸気による圧力を作用させるようにしたので、系内への冷却水の供給を容易に行うことができる。   According to the present invention, when cooling water is supplied into the water jacket, the steam pressure is applied to the cooling water, so that the cooling water can be easily supplied into the system.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図1、図2は、本実施例の廃熱回収装置1の概略構成を示した説明図である。図1は、エンジンが暖機状態にあるとき、及び、ウォータジャケット3内の冷却水を巡回させる「循環状態」にあるときの様子を示し、図2は、キャッチタンク11側から冷却水を供給する「給水状態」にあるときの様子を示している。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are explanatory diagrams showing a schematic configuration of the waste heat recovery apparatus 1 of the present embodiment. FIG. 1 shows a state in which the engine is in a warm-up state and in a “circulation state” in which the cooling water in the water jacket 3 is circulated, and FIG. 2 supplies cooling water from the catch tank 11 side. It shows the situation when it is in the “water supply state”.

廃熱回収装置1は、燃焼機関であるエンジン2に組み込まれている。廃熱回収装置1は、シリンダブロック2aからシリンダヘッド2b内にかけて形成されたウォ−タジャケット3、シリンダヘッド2b内に設置された冷却水噴射ノズル4を備えている。ウォータジャケット3内には冷却媒体である冷却水が供給されている。具体的には、廃熱回収装置1は、ウォータジャケット3の下部から延びる第1冷却水経路12、この第1冷却水経路12の下流に配設された三方弁16、この三方弁16の下流に延びる第2冷却水経路17を備えている。この第2冷却水経路17の途中にはウォータポンプ(W/P)5が配設されており、その先端側に冷却水噴射ノズル4が装着されている。このような冷却水供給経路により、ウォータポンプ5によってウォ−タジャケット3下部から汲み上げられた冷却水が冷却水噴射ノズル4に供給される。噴射された冷却水は高温のエンジン2を冷却する際に蒸気化し、ウォータジャケット3の上部に充満する。   The waste heat recovery apparatus 1 is incorporated in an engine 2 that is a combustion engine. The waste heat recovery apparatus 1 includes a water jacket 3 formed from the cylinder block 2a to the cylinder head 2b, and a cooling water injection nozzle 4 installed in the cylinder head 2b. Cooling water as a cooling medium is supplied into the water jacket 3. Specifically, the waste heat recovery apparatus 1 includes a first cooling water path 12 extending from a lower portion of the water jacket 3, a three-way valve 16 disposed downstream of the first cooling water path 12, and a downstream side of the three-way valve 16. The 2nd cooling water path 17 extended to is provided. A water pump (W / P) 5 is disposed in the middle of the second cooling water path 17, and the cooling water injection nozzle 4 is mounted on the tip side thereof. Through such a cooling water supply path, the cooling water pumped up from the lower portion of the water jacket 3 by the water pump 5 is supplied to the cooling water injection nozzle 4. The injected cooling water is vaporized when the hot engine 2 is cooled, and fills the upper portion of the water jacket 3.

このような第2冷却水経路17は、ウォータポンプ5の下流で分岐しており、車両の室内用のヒータ18や、スロットル19の周囲へ冷却水を流通させるようになっている。これにより、ヒータ18において熱交換が行われたり、スロットル19を暖機させたりすることができる。ヒータ18やスロットル19の周囲を循環する経路は、再び第1冷却水経路12へ戻される。   Such a second cooling water path 17 is branched downstream of the water pump 5 so that the cooling water circulates around the vehicle interior heater 18 and the throttle 19. Thereby, heat exchange can be performed in the heater 18, and the throttle 19 can be warmed up. The path circulating around the heater 18 and the throttle 19 is returned to the first cooling water path 12 again.

廃熱回収装置1は、さらに、蒸気化した冷却媒体、すなわち蒸気が流通する蒸気経路6を備えている。この蒸気経路6は、ウォータジャケット3の出口の下流で動力回収経路6aとそのバイパス経路6bとに分岐している。   The waste heat recovery apparatus 1 further includes a vaporized cooling medium, that is, a vapor path 6 through which the vapor flows. This steam path 6 is branched downstream of the outlet of the water jacket 3 into a power recovery path 6a and a bypass path 6b.

動力回収経路6aには上流側から順に過熱器7、タービン8が配設されており、その端部は凝縮器9の上部9aに接続されている。過熱器7にはエンジン本体2の排気ポート13と接続された排気経路14が引き込まれている。過熱器7は、排気経路14中の排気ガスから熱を回収し、動力回収経路6内を通じる蒸気へさらに熱を付与するもので、廃熱の回収効率を向上させるものである。タービン8は、動力回収経路6aを通じて流入する高温、高圧の蒸気によって駆動される。タービン8は発電機15と共通の駆動軸8aを備えている。このため、タービン8が駆動されると、発電機15は蒸気の熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、回収する。タービン8を通過した蒸気は凝縮器9で凝縮されて冷却水に戻される。凝縮器9の下流側にはキャッチタンク11が配設されており、凝縮器9で液体に戻された冷却水はキャッチタンク11内に貯留される。凝縮器9とキャッチタンク11とを接続する通路6a1には本発明における冷却水逆流防止手段に相当する一方弁10が配設されている。この一方弁10は、冷却水がキャッチタンク11から凝縮器9側へ逆流することを防止する。   A superheater 7 and a turbine 8 are arranged in this order from the upstream side in the power recovery path 6 a, and their ends are connected to the upper part 9 a of the condenser 9. An exhaust path 14 connected to the exhaust port 13 of the engine body 2 is drawn into the superheater 7. The superheater 7 recovers heat from the exhaust gas in the exhaust path 14 and further gives heat to the steam passing through the power recovery path 6, and improves the recovery efficiency of waste heat. The turbine 8 is driven by high-temperature and high-pressure steam flowing in through the power recovery path 6a. The turbine 8 includes a drive shaft 8 a that is common to the generator 15. For this reason, when the turbine 8 is driven, the generator 15 converts the thermal energy of the steam into electrical energy and recovers it. The steam that has passed through the turbine 8 is condensed by the condenser 9 and returned to the cooling water. A catch tank 11 is disposed on the downstream side of the condenser 9, and the cooling water returned to the liquid by the condenser 9 is stored in the catch tank 11. In the passage 6a1 connecting the condenser 9 and the catch tank 11, a one-way valve 10 corresponding to the cooling water backflow prevention means in the present invention is disposed. The one-way valve 10 prevents the cooling water from flowing backward from the catch tank 11 to the condenser 9 side.

一方、バイパス経路6bは、終端がキャッチタンク11と接続されており、分岐点とキャッチタンク11との間に本発明における蒸気流通経路切替手段に相当する開閉弁20を備えている。開閉弁20が開弁すると、キャッチタンク11内に蒸気の圧力が作用するようになる。   On the other hand, the end of the bypass path 6b is connected to the catch tank 11, and an opening / closing valve 20 corresponding to the steam flow path switching means in the present invention is provided between the branch point and the catch tank 11. When the on-off valve 20 is opened, steam pressure acts in the catch tank 11.

キャッチタンク11の下端部には第3冷却水経路23が接続されている。第3冷却水経路23の他端側は三方弁16に接続されている。第3冷却水経路23は、第1冷却水経路12、第2冷却水経路17と共に本発明における冷却水供給経路を形成しており、三方弁16は、本発明における冷却水供給供給元切替手段に相当する。すなわち、三方弁16を切り替えることによって第1冷却水経路12と第2冷却水経路17とを接続するようにすればウォータポンプ5へは、ウォータジャケット3内の冷却水が供給される。また、第3冷却水経路23と第2冷却水経路17とを接続するようにすればウォータポンプ5へは、キャッチタンク11内の冷却水、すなわち、凝縮器9内で液体に戻された冷却水が供給される。   A third cooling water path 23 is connected to the lower end of the catch tank 11. The other end side of the third cooling water passage 23 is connected to the three-way valve 16. The third cooling water path 23 forms the cooling water supply path in the present invention together with the first cooling water path 12 and the second cooling water path 17, and the three-way valve 16 is the cooling water supply / source switching means in the present invention. It corresponds to. That is, if the first cooling water path 12 and the second cooling water path 17 are connected by switching the three-way valve 16, the cooling water in the water jacket 3 is supplied to the water pump 5. Further, if the third cooling water path 23 and the second cooling water path 17 are connected, the cooling water returned to the liquid in the condenser 9, that is, in the condenser 9, is supplied to the water pump 5. Water is supplied.

廃熱回収装置1は、ECU(Electronic Control Unit)21を備えている。ECU21には、三方弁16、開閉弁20が電気的に接続されており、これらの三方弁16、開閉弁16の開閉はECU21によって制御されている。また、ECU21にはシリンダブロック2aに設置した水温センサ22、その他図示しない各種センサと電気的に接続されている。なお、通路6a1に配設された一方弁10は、通路6a1内の圧力バランスによって開閉するが、この一方弁10をECU21と接続し、ECU21によって開閉制御するようにしてもよい。   The waste heat recovery apparatus 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 21. The ECU 21 is electrically connected to the three-way valve 16 and the opening / closing valve 20, and the opening / closing of the three-way valve 16 and the opening / closing valve 16 is controlled by the ECU 21. The ECU 21 is electrically connected to a water temperature sensor 22 installed in the cylinder block 2a and other various sensors (not shown). The one valve 10 disposed in the passage 6a1 opens and closes due to the pressure balance in the passage 6a1, but the one valve 10 may be connected to the ECU 21 so that the ECU 21 controls the opening and closing.

以上のように構成される廃熱回収装置1の動作につき、ECU21が行う制御の一例である図3に示すフロー図、及び図1、図2を参照しつつ説明する。制御がスタートすると、ECU21は、ステップS1において、エンジン回転数NeがNe>0であるか否か、すなわち、エンジン2が稼働しているか否かの判断を行う。ステップS1においてYesと判断されたとき、すなわち、エンジン2が稼働しているときにはステップS2へ進む。一方、ステップS1においてNoと判断されたときは、ステップS1の処理を繰り返す。   The operation of the waste heat recovery apparatus 1 configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 3, which is an example of control performed by the ECU 21, and FIGS. 1 and 2. When the control is started, the ECU 21 determines in step S1 whether or not the engine speed Ne is Ne> 0, that is, whether or not the engine 2 is operating. When it is determined Yes in step S1, that is, when the engine 2 is operating, the process proceeds to step S2. On the other hand, when it is determined No in step S1, the process of step S1 is repeated.

ステップS2では、シリンダブロック2aに設置した水温センサ22により取得した値、すなわち、水温又は蒸気温度Tw(℃)が予め設定した温度120℃よりも高いか否かを判断する。ここで、120℃という温度は、エンジン2が暖機を完了したか否かを判定するための値である。このステップS2においてNoと判断されたとき、すなわち、エンジン2の暖機が未だ完了していないときはステップS3を経由して再びステップS1からの処理を繰り返す。ステップS3では、ECU21は、廃熱回収装置1の状態を図1に示す「循環状態」とするための制御を行う。すなわち、三方弁6を第1冷却水経路12と第2冷却水経路17とが連通する状態とし、開閉弁20を閉弁状態とする。これにより、冷却水は、ウォータジャケット3内、また、ヒータ18や、スロットル19の周囲を流通し、循環する。このように循環する冷却水はエンジン2の燃焼熱によって徐々に昇温する。昇温した冷却水は、ヒータ18において熱交換を行い、また、スロットル19を暖機させる。   In step S2, it is determined whether or not the value acquired by the water temperature sensor 22 installed in the cylinder block 2a, that is, the water temperature or the steam temperature Tw (° C.) is higher than a preset temperature 120 ° C. Here, the temperature of 120 ° C. is a value for determining whether or not the engine 2 has been warmed up. When it is determined No in this step S2, that is, when the warm-up of the engine 2 has not yet been completed, the processing from step S1 is repeated again via step S3. In step S3, the ECU 21 performs control for setting the state of the waste heat recovery apparatus 1 to the “circulation state” shown in FIG. That is, the three-way valve 6 is brought into a state where the first cooling water passage 12 and the second cooling water passage 17 communicate with each other, and the on-off valve 20 is brought into a closed state. Thereby, the cooling water circulates in the water jacket 3 and around the heater 18 and the throttle 19. The cooling water circulating in this way gradually increases in temperature due to the combustion heat of the engine 2. The heated cooling water exchanges heat in the heater 18 and warms up the throttle 19.

一方、ステップS2でYesと判断されたときは、ステップS4に進む。ステップS4ではECU21は、暖機終了判定を行う。Tw>120℃の条件を満たすと、冷却水は気化し始め、蒸気の発生が開始する。このため、ECU21は、以後、蒸気発生量等の算出を開始する。ECU21は、ステップS4の処理を終えると、ステップS5へ進む。ステップS4では、ECU21は、廃熱回収装置1を図1に示す循環状態に維持するための指令を改めて行う。ステップS5における処理を行った後はステップS6へ進む。   On the other hand, when it is determined Yes in step S2, the process proceeds to step S4. In step S4, the ECU 21 performs a warm-up end determination. When the condition of Tw> 120 ° C. is satisfied, the cooling water starts to vaporize and generation of steam starts. For this reason, ECU21 starts calculation of steam generation amount etc. after that. After finishing the process of step S4, the ECU 21 proceeds to step S5. In step S4, the ECU 21 issues a new command for maintaining the waste heat recovery apparatus 1 in the circulating state shown in FIG. After performing the process in step S5, the process proceeds to step S6.

ステップS6では、冷却水の蒸発量積算値、すなわち、ウォータジャケット3内の冷却水減少量であるGv(g)が一回当りの必要給水量であるGw(g)を上回ったか否かの判断を行う。蒸発量積算値Gvは、以下の式、
Gv=ΣQw(Ne,H)/qw×dt
で、求められる。
すなわち、エンジン回転数Ne(rps)とエンジン負荷H(Nm)の関数である冷却水受熱量Qw(kw)の時間積分から算出される。
なお、冷却水受熱量Qw(kw)と蒸発量Gsとは、蒸発潜熱をq(kj/g)とすると、図4に示すようにGs=Qw/q(kj/g)の関係がある。また、Qw自体は、エンジン回転数Ne(rps)エンジン負荷H(Nm)との関数であり、Qw=(Ne,H)であり、図5に示すようにエンジン回転数−エンジン負荷線図上に等Qw線として得ることができる。
ECU21は、以上のような演算をすることによって得たGvがGwよりも未だ小さく、ステップS6においてNoと判断されるときはステップS1からの処理を繰り返す。一方、ステップS6においてYesと判断された場合はステップS7へ進む。
In step S6, determination is made as to whether or not the accumulated amount of cooling water evaporation, that is, Gv (g), which is the cooling water decrease amount in the water jacket 3, exceeds Gw (g), which is the required water supply amount per time. I do. The evaporation amount integrated value Gv is expressed by the following equation:
Gv = ΣQw (Ne, H) / qw × dt
And it is required.
That is, it is calculated from the time integration of the cooling water heat receiving amount Qw (kw) which is a function of the engine speed Ne (rps) and the engine load H (Nm).
The cooling water heat receiving amount Qw (kw) and the evaporation amount Gs have a relationship of Gs = Qw / q (kj / g) as shown in FIG. 4 where the latent heat of evaporation is q (kj / g). Qw itself is a function of the engine speed Ne (rps) and the engine load H (Nm), and Qw = (Ne, H), as shown in FIG. 5, on the engine speed-engine load diagram. Can be obtained as equal Qw lines.
The ECU 21 repeats the processing from step S1 when Gv obtained by performing the above calculation is still smaller than Gw and it is determined No in step S6. On the other hand, if Yes is determined in step S6, the process proceeds to step S7.

ステップS7では、ステップS6で用いた蒸発量積算値Gvの値を一旦リセットする。すなわち、Gv=0にセットする。このようなステップS7の処理の後は、ステップS8へ進む。ステップS8では、ECU21は、廃熱回収装置1の状態を図2に示す「給水状態」とするための制御を行う。すなわち、三方弁6を第3冷却水経路23と第2冷却水経路17とが連通する状態とし、開閉弁20を開弁状態とする。これにより、バイパス経路6b側に蒸気が流入し、キャッチタンク11内に蒸気の高圧が作用する状態となる。キャッチタンク11内の冷却水は、三方弁16を通じ、ウォータポンプ5によって冷却水噴射ノズル4へ供給される。これにより、ウォータポンプ5の出入口間の差圧が縮小し、ウォータジャケット3内へ給水されるようになる。なお、このとき、一方弁10はキャッチタンク11内の圧力によって閉弁状態となることから、キャッチタンク11内の冷却水が凝縮器9側へ逆流することはない。なお、ステップS7の処理とステップS8の処理はその前後は問わず、順番を入れ換えてもよいし、同時に行ってもよい。ステップS7、ステップS8の処理を行った後はステップS9へ進む。   In step S7, the evaporation amount integrated value Gv used in step S6 is once reset. That is, Gv = 0 is set. After such processing in step S7, the process proceeds to step S8. In step S8, the ECU 21 performs control for setting the state of the waste heat recovery apparatus 1 to the “water supply state” shown in FIG. That is, the three-way valve 6 is brought into a state where the third cooling water passage 23 and the second cooling water passage 17 communicate with each other, and the on-off valve 20 is brought into an open state. As a result, the steam flows into the bypass path 6b, and the high pressure of the steam acts in the catch tank 11. The cooling water in the catch tank 11 is supplied to the cooling water injection nozzle 4 by the water pump 5 through the three-way valve 16. Thereby, the differential pressure between the inlet and outlet of the water pump 5 is reduced, and water is supplied into the water jacket 3. At this time, since the one-way valve 10 is closed by the pressure in the catch tank 11, the cooling water in the catch tank 11 does not flow backward to the condenser 9 side. In addition, the process of step S7 and the process of step S8 may be interchanged regardless of the order, and may be performed simultaneously. After performing the processing of step S7 and step S8, the process proceeds to step S9.

ステップS9では、冷却水の給水量積算値、すなわち、キャッチタンク11からウォータジャケット3内へ供給された冷却水量であるGf(g)が一回当りの必要給水量であるGw(g)を上回ったか否かの判断を行う。給水量積算値Gfは、冷却水の比重γw(g/L)として、以下の式、
Gf=ΣVw(Ne)×γw×dt
で、求められる。
すなわち、エンジン回転数Ne(rps)から決まるウォータポンプ5の吐出量の時間積分から算出される。
なお、エンジン回転数Ne、ウォータポンプ5の吐出量Vw、ウォータポンプ出入口差圧との間には図6に示すような関係がある。
ECU21は、以上のような演算をすることによって得たGfがGwよりも未だ小さく、ステップS9においてNoと判断されるときは給水を継続する。一方、ステップS9においてYesと判断された場合はステップS10へ進む。
In step S9, the integrated value of the cooling water supply amount, that is, the amount of cooling water Gf (g) supplied from the catch tank 11 into the water jacket 3 exceeds the required water supply amount Gw (g). Judge whether or not. The water supply integrated value Gf is expressed by the following equation as the specific gravity γw (g / L) of the cooling water:
Gf = ΣVw (Ne) × γw × dt
And it is required.
That is, it is calculated from the time integration of the discharge amount of the water pump 5 determined from the engine speed Ne (rps).
Note that there is a relationship as shown in FIG. 6 among the engine speed Ne, the discharge amount Vw of the water pump 5, and the water pump inlet / outlet differential pressure.
ECU21 continues water supply, when Gf obtained by performing the above calculations is still smaller than Gw, and it is judged No in step S9. On the other hand, if Yes is determined in step S9, the process proceeds to step S10.

ステップS10では、ステップS9で用いた給水量積算値Gfの値を一旦リセットする。すなわち、Gf=0にセットする。ステップS10の処理を行った後はリターンとなる。制御がリターンとなり、再び、ステップS5まで進むことにより廃熱回収装置1は再び図1に示す「循環状態」とするための制御が行われ、図2に示す「給水状態」は即座に終了する。   In step S10, the water supply amount integrated value Gf used in step S9 is once reset. That is, Gf = 0 is set. After the process of step S10 is performed, a return is returned. The control is returned, and again, the process proceeds to step S5, whereby the waste heat recovery apparatus 1 is controlled to return to the “circulation state” shown in FIG. 1, and the “water supply state” shown in FIG. .

図7は、以上のような制御が行われる廃熱回収装置1における「循環状態」と「給水状態」との切り替えの様子の一例を示すものである。すなわち、エンジン2が暖機状態にあるときは「循環状態」となっており、暖機が完了し、蒸気が発生するようになると「給水状態」が現れるようになる。この「給水状態」はエンジン2が稼働をしている間は繰り返し現れるが、エンジン2の負荷が低負荷であるときはそのインターバルは長く、高負荷となるとインターバルは短くなる。これにより、ウォータジャケット3内の冷却水量が維持される。   FIG. 7 shows an example of a state of switching between the “circulation state” and the “water supply state” in the waste heat recovery apparatus 1 that performs the control as described above. That is, when the engine 2 is in a warm-up state, it is in a “circulation state”, and when the warm-up is completed and steam is generated, a “water supply state” appears. This “water supply state” appears repeatedly while the engine 2 is operating, but the interval is long when the load of the engine 2 is low, and the interval is short when the load is high. Thereby, the amount of cooling water in the water jacket 3 is maintained.

以上説明したように、本発明の廃熱回収装置によれば、一つのウォータポンプ5を装備しているだけであるにもかかわらず、ウォータジャケット3内の冷却水量が減少してきたときにキャッチタンク11内に蒸気の圧力を作用させることにより、ウォータポンプ5の出入口間の差圧を縮小させ、凝縮器9で液体となった冷却水を再びウォータジャケット3内へ供給することができる。これにより、ウォータジャケット3内の冷却水量を維持することができる。   As described above, according to the waste heat recovery apparatus of the present invention, the catch tank is used when the amount of cooling water in the water jacket 3 is reduced, although only one water pump 5 is provided. By applying the pressure of the steam to the inside 11, the differential pressure between the inlet and outlet of the water pump 5 can be reduced, and the cooling water that has become liquid in the condenser 9 can be supplied again into the water jacket 3. Thereby, the amount of cooling water in the water jacket 3 can be maintained.

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。   The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.

エンジンが暖機状態にあるとき、及び、ウォータジャケット内の冷却水を巡回させる「循環状態」にあるときの様子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the mode when it is in the "circulation state" when an engine is in a warming-up state and circulating the cooling water in a water jacket. キャッチタンク側から冷却水を供給する「給水状態」にあるときの様子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the mode when it is in the "water supply state" which supplies cooling water from the catch tank side. 廃熱回収装置の制御の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of control of a waste heat recovery apparatus. 冷却水受熱量Qwと蒸発量Gsとの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the cooling water heat-receiving amount Qw and the evaporation amount Gs. エンジン回転数Ne、エンジン負荷H、冷却水受熱量Qwとの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the engine speed Ne, the engine load H, and the cooling water heat receiving amount Qw. エンジン回転数Ne、ウォータポンプの吐出量Vw、ウォータポンプ出入口差圧との間の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between engine speed Ne, discharge amount Vw of a water pump, and water pump inlet / outlet differential pressure. 廃熱回収装置における「循環状態」と「給水状態」との切り替えの様子の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the mode of switching between the "circulation state" and the "water supply state" in a waste heat recovery apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 廃熱回収装置
2 エンジン
2a シリンダブロック
2b シリンダヘッド
3 ウォータジャケット
4 冷却水噴射ノズル
5 ウォータポンプ
6a 動力回収経路
6b バイパス経路
7 過熱器
8 タービン
9 凝縮器
10 一方弁
11 キャッチタンク
12 第1冷却水経路
13 排気ポート
14 排気経路
15 発電機
16 三方弁
17 第2冷却水経路
18 ヒータ
19 スロットル
20 開閉弁
21 ECU
22 水温センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waste heat recovery apparatus 2 Engine 2a Cylinder block 2b Cylinder head 3 Water jacket 4 Cooling water injection nozzle 5 Water pump 6a Power recovery path 6b Bypass path 7 Superheater 8 Turbine 9 Condenser 10 One-way valve 11 Catch tank 12 1st cooling water Path 13 Exhaust port 14 Exhaust path 15 Generator 16 Three-way valve 17 Second cooling water path 18 Heater 19 Throttle 20 On-off valve 21 ECU
22 Water temperature sensor

Claims (6)

膨張器及び凝縮器が配置された動力回収経路と、
当該動力回収経路のバイパス経路と、
前記動力回収経路と前記バイパス経路とを切り替え、蒸気の流通経路を変更する蒸気流通経路切替手段と、
を備えたことを特徴とする廃熱回収装置。
A power recovery path in which an expander and a condenser are arranged;
A bypass path of the power recovery path;
A steam flow path switching means for switching between the power recovery path and the bypass path and changing a steam flow path;
A waste heat recovery device characterized by comprising:
膨張器及び凝縮器が配置された動力回収経路と、
当該動力回収経路のバイパス経路と、
前記動力回収経路と前記バイパス経路とを切り替え、蒸気の流通経路を変更する蒸気流通経路切替手段と、
ウォータポンプを備え、ウォータジャケット又は前記凝縮器を冷却水の供給元とする冷却水供給経路と、
当該冷却水供給経路における冷却水の供給元を切り替える冷却水供給元切替手段と、
を備えたことを特徴とする廃熱回収装置。
A power recovery path in which an expander and a condenser are arranged;
A bypass path of the power recovery path;
A steam flow path switching means for switching between the power recovery path and the bypass path and changing a steam flow path;
A cooling water supply path including a water pump, the water jacket or the condenser as a cooling water supply source,
Cooling water supply source switching means for switching the cooling water supply source in the cooling water supply path;
A waste heat recovery device characterized by comprising:
請求項1又は2記載の廃熱回収装置において、
前記蒸気流通経路切替手段は、前記ウォータジャケット内の冷却水の残量に応じて前記動力回収経路と前記バイパス経路との切り替えを行うことを特徴とした廃熱回収装置。
In the waste heat recovery apparatus according to claim 1 or 2,
The waste heat recovery apparatus, wherein the steam flow path switching means switches between the power recovery path and the bypass path according to a remaining amount of cooling water in the water jacket.
請求項1又は2記載の廃熱回収装置において、
前記冷却水供給元切替手段は、前記ウォータジャケット内の冷却水の残量に応じて前記冷却水の供給元を切り替えることを特徴とした廃熱回収装置。
The waste heat recovery apparatus according to claim 1 or 2,
The waste water recovery apparatus, wherein the cooling water supply source switching means switches the cooling water supply source in accordance with a remaining amount of cooling water in the water jacket.
請求項1又は2記載の廃熱回収装置において、
前記動力回収経路は、前記凝縮器の下流側に冷却水逆流防止手段を備えたことを特徴とする廃熱回収装置。
The waste heat recovery apparatus according to claim 1 or 2,
The waste heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the power recovery path includes a cooling water backflow prevention means on the downstream side of the condenser.
請求項1乃至5のいずれか一項記載の廃熱回収装置を備えたことを特徴とするエンジン。 An engine comprising the waste heat recovery device according to any one of claims 1 to 5.
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