JP2009097391A - Waste heat recovery device and engine provided with same - Google Patents

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Hideo Kobayashi
日出夫 小林
Katsuhiko Arisawa
克彦 蟻沢
Toshihisa Sugiyama
敏久 杉山
Kenichi Yamada
賢一 山田
Kunihiko Hayashi
邦彦 林
Akira Michikawauchi
亮 道川内
Akihito Hosoi
章仁 細井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waste heat recovery device discharging air immersing into a coolant circulation system and providing efficient waste heat recovery. <P>SOLUTION: A condenser 9 includes a fan 20 on the side in which air to be supplied for heat exchange is introduced in a core part 9c. The fan 20 improves cooling efficiency of the condenser 9 and also improves a condensation effect of steam. A drive part 20a of the fan 20 is electrically connected to ECU 19. The condenser 9 includes a shutter 21 on the side in which air to be supplied for heat exchange is introduced in the core part 9c. A drive part 21a of the shutter 21 is electrically connected to the ECU 19. When the shutter 21 is closed, introduction of air to the core part 9c is restricted and the condensation effect of the condenser 9 is dropped. The cooling effect of the condenser is dropped by stopping the fan 20. The pressure in the circulation system is increased thereby, and air inside the system is discharged to the reservoir tank 16. <P>COPYRIGHT: (C)2009,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及びこれを備えたエンジンに関する。   The present invention relates to a waste heat recovery apparatus that recovers waste heat in an engine through steam and an engine including the same.

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。また、ランキンサイクルにおける熱効率を向上させる提案が、例えば、特許文献2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 the cooling water vaporized by the waste heat in the engine, that is, steam, and the heat possessed by 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. Moreover, the proposal which improves the thermal efficiency in a Rankine cycle is disclosed by patent document 2, for example.

特開2000−345835号公報JP 2000-345835 A 特開2001−182504号公報JP 2001-182504 A

このような廃熱回収装置は、膨張器の圧力比が大きいほど、効率よい廃熱回収を行うことができる。ところで、このような廃熱回収装置が組み込まれた機関は、停止状態となると冷媒の循環系内の温度が低下してゆくため、蒸気の凝縮が始まる。蒸気の凝縮が始まると循環系内の圧力は急激に低下する。このため、循環系のシール部等から、微量ずつであっても空気が浸入し、徐々に循環系内に貯留される。循環系内に空気が浸入していると、廃熱回収装置の作動時、停止時に凝縮器内の圧力は、その時点における水温に対応した飽和蒸気圧よりも高くなる。
これは、浸入した空気は温度が低下しても凝縮しないからである。凝縮器は通常膨張器の下流側に設置されるが、空気が浸入していることにより凝縮器内での圧力低下の幅が小さいと膨張器前後の圧力比が大きく取れず、膨張器の性能が低下する。これにより、廃熱回収の効率も低下することとなる。浸入した空気の量が多くなればなる程、廃熱回収効率も低下することとなる。
Such a waste heat recovery apparatus can perform efficient waste heat recovery as the pressure ratio of the expander increases. By the way, in an engine in which such a waste heat recovery apparatus is incorporated, since the temperature in the refrigerant circulation system decreases when the engine is stopped, condensation of steam begins. When the condensation of the vapor begins, the pressure in the circulation system drops rapidly. For this reason, even if it is a very small amount, air enters from the seal part of the circulation system and is gradually stored in the circulation system. When air enters the circulation system, the pressure in the condenser becomes higher than the saturated vapor pressure corresponding to the water temperature at that time when the waste heat recovery apparatus is operated or stopped.
This is because the infiltrated air does not condense even if the temperature drops. The condenser is usually installed on the downstream side of the expander, but if the width of the pressure drop in the condenser is small due to air infiltration, the pressure ratio before and after the expander cannot be increased, and the performance of the expander Decreases. As a result, the efficiency of waste heat recovery is also reduced. The greater the amount of infiltrated air, the lower the waste heat recovery efficiency.

このような現象に対し、特許文献2で提案されているランキンサイクルを含め、従来有効な対策は提案されていない。   No effective countermeasures have been proposed for such a phenomenon, including the Rankine cycle proposed in Patent Document 2.

そこで、本発明は、冷媒の循環系内に浸入する空気を排出し、効率のよい廃熱回収を実現す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, an object of the present invention is to propose a waste heat recovery apparatus that discharges air entering the refrigerant circulation system and can realize efficient waste heat recovery.

かかる課題を達成するための、本発明の廃熱回収装置は、エンジンの冷媒が過熱されて発生した蒸気を介して動力回収を行う動力回収機と、当該動力回収機を通過した後の蒸気を液体の冷媒に戻す凝縮器と、液体となった冷媒を前記エンジンに供給する供給ポンプと、前記冷媒の循環系内の空気排出手段と、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、膨張器前後の圧力比を大きくすることができ、効率のよい廃熱回収を行うことができる。   In order to achieve such a problem, the waste heat recovery apparatus of the present invention includes a power recovery machine that recovers power via steam generated by overheating a refrigerant of an engine, and steam that has passed through the power recovery machine. A condenser for returning to a liquid refrigerant, a supply pump for supplying the liquid refrigerant to the engine, and air discharge means in the refrigerant circulation system are provided (claim 1). By setting it as such a structure, the pressure ratio before and behind an expander can be enlarged, and efficient waste heat recovery can be performed.

このような廃熱回収装置における前記空気排出手段は、凝縮器作動抑制手段と、前記凝縮器内が昇圧したときに、凝縮器内部の空気が冷媒とともに排出されるリザーブタンクと、を含む構成とすることができる(請求項2)。凝縮器は熱交換器であり、作動することにより蒸気を冷却して液体に戻すものである。このため、通常であれば、冷却効率を高めることによって効率のよい廃熱回収を実現する。ところが、冷媒の循環系内に浸入した空気は凝縮器内に貯留し易く、冷却効率を向上させても空気は凝縮しないことから膨張器前後の圧力比を向上させることは困難となる。そこで、意図的に凝縮器の作動を抑制して凝縮器内の温度低下を抑制し、ひいては内部の圧力を上昇させ、もしくは圧力低下を抑制して内部の空気を冷媒とともにリザーブタンクへ排出する。これにより、凝縮器の機能を回復させ、効率のよい廃熱回収を行うことができる。   The air discharge means in such a waste heat recovery apparatus includes a condenser operation suppressing means, and a reserve tank in which air inside the condenser is discharged together with the refrigerant when the inside of the condenser is pressurized. (Claim 2). The condenser is a heat exchanger that, when activated, cools the vapor back to liquid. Therefore, normally, efficient waste heat recovery is realized by increasing the cooling efficiency. However, the air that has entered the refrigerant circulation system is easily stored in the condenser, and even if the cooling efficiency is improved, the air does not condense, so it is difficult to improve the pressure ratio before and after the expander. Therefore, the operation of the condenser is intentionally suppressed to suppress a temperature drop in the condenser, and thereby the internal pressure is increased, or the internal pressure is discharged together with the refrigerant to the reserve tank. Thereby, the function of the condenser can be recovered, and efficient waste heat recovery can be performed.

膨張器内部の圧力を上昇させるためには膨張器内部を流通する冷媒と熱交換を行う冷却空気の導入を制限してやればよい。そこで、前記凝縮器への冷却空気の導入を制限する凝縮器作動抑制手段を備えた構成とすることができる(請求項3)。このような凝縮器作動抑制手段としては、例えば、凝縮器へ向かう空気を遮断するシャッタがある。また、通常凝縮器へ向かって空気を送り込むファンの作動を停止するようにしてもよい。   In order to increase the pressure inside the expander, the introduction of cooling air that exchanges heat with the refrigerant flowing inside the expander may be limited. In view of this, it is possible to adopt a configuration provided with a condenser operation suppressing means for restricting the introduction of cooling air into the condenser. As such a condenser operation | movement suppression means, there exists a shutter which interrupts | blocks the air which goes to a condenser, for example. Further, the operation of the fan that normally feeds air toward the condenser may be stopped.

このような凝縮器作動抑制手段は、浸入空気検出手段の検出結果に基づいて作動するように構成することが望ましい(請求項4)。膨張器内の圧力を上昇させる措置は、循環系内から空気を排出するときのみ行うことが望ましいからである。具体的には、前記浸入空気検出手段は、圧力センサと、水温センサと、水温に対応した飽和蒸気圧と前記圧力センサによって測定された系内の圧力とを比較して空気の浸入を判断する演算手段と、を含む構成とすることができる(請求項5)。凝縮器内に空気が貯留していると、凝縮器内の圧力は、その時点での水温に対応した飽和蒸気圧よりも高い圧力を示す。このようにその時点での水温に対応した飽和蒸気圧と圧力センサによって測定された系内(循環系内)の圧力とを比較することによって循環系内の空気の浸入を判断することができる。空気の浸入が確認されたときは凝縮器作動抑制手段を作動させて凝縮器内の圧力を制御して空気を排出する。一方、空気の排出が確認されたときは、凝縮器を作動させ、蒸気の凝縮を促進して膨張器下流側の圧力を低減する。   Such a condenser operation suppression means is preferably configured to operate based on the detection result of the intrusion air detection means (claim 4). This is because it is desirable to increase the pressure in the expander only when air is exhausted from the circulation system. Specifically, the intrusion air detection means determines the intrusion of air by comparing a pressure sensor, a water temperature sensor, a saturated vapor pressure corresponding to the water temperature, and a pressure in the system measured by the pressure sensor. And an arithmetic means (claim 5). When air is stored in the condenser, the pressure in the condenser is higher than the saturated vapor pressure corresponding to the water temperature at that time. In this way, the invasion of air in the circulation system can be determined by comparing the saturated vapor pressure corresponding to the water temperature at that time with the pressure in the system (in the circulation system) measured by the pressure sensor. When the intrusion of air is confirmed, the condenser operation suppressing means is operated to control the pressure in the condenser and discharge the air. On the other hand, when the discharge of air is confirmed, the condenser is operated to accelerate the condensation of the steam to reduce the pressure on the downstream side of the expander.

このような廃熱回収装置の前記浸入空気検出手段は、水温に対応した飽和蒸気圧と前記圧力センサによって測定された系内の圧力とを比較して空気の浸入量を算出するとともに当該空気の浸入量から前記凝縮器作動抑制手段の作動時間を決定する演算手段を含む構成とすることができる(請求項6)。このような構成とすることにより、空気の排出を優先する状態と、廃熱回収を優先する状態とを適切に切り替えることができる。   The intrusion air detection means of such a waste heat recovery apparatus calculates the amount of air intrusion by comparing the saturated vapor pressure corresponding to the water temperature with the pressure in the system measured by the pressure sensor, and It can be set as the structure containing the calculating means which determines the operating time of the said condenser operation | movement suppression means from the amount of infiltration (Claim 6). By setting it as such a structure, the state which gives priority to discharge | emission of air and the state which gives priority to waste heat recovery can be switched appropriately.

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7)。   By incorporating these waste heat recovery devices into the engine, the engine of the present invention can be obtained (claim 7).

本発明によれば、ランキンサイクルの冷媒の循環系内に浸入した空気を排出することができるので膨張器の前後の圧力比を大きくすることができ、効率のよい廃熱回収を行うことができる。   According to the present invention, since air that has entered the refrigerant circulation system of the Rankine cycle can be discharged, the pressure ratio before and after the expander can be increased, and efficient waste heat recovery can be performed. .

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2の冷媒が循環する循環系に浸入した空気を排出する状態、図2は、廃熱回収を促進する状態を示している。   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 air entering the circulation system through which the refrigerant of the engine 2 circulates is discharged, and FIG. 2 shows a state in which waste heat recovery is promoted.

廃熱回収装置1は、内燃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4a、4bを備えている。ウォータジャケット3内には冷媒である冷却水が供給されている。冷却水噴射ノズル4aには第1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供給される。また、冷却水噴射ノズル4bには第2ウォータポンプ12によってランキンサイクルを循環し、液体に戻された冷却水が供給される。冷却水噴射ノズル4a、4bから噴射された冷却水は高温のエンジン本体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 an internal 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 cooling water injection nozzles 4a and 4b installed in the cylinder head 2b. Cooling water, which is a refrigerant, is supplied into the water jacket 3. Cooling water pumped from the lower portion of the water jacket 3 by the first water pump 5 is supplied to the cooling water injection nozzle 4a. Further, the cooling water injection nozzle 4b is supplied with the cooling water which is circulated through the Rankine cycle by the second water pump 12 and returned to the liquid. The cooling water injected from the cooling water injection nozzles 4 a and 4 b is vaporized when the high-temperature engine body 2 is cooled, and fills the upper portion of the water jacket 3.

廃熱回収装置1は、さらに、蒸気化した冷媒、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には上流側から順に過熱器7、タービン8、加熱器23が配設されており、その端部は凝縮器9のアッパータンク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、蒸気通路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、蒸気経路6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及び発電機15は本発明における動力回収機を構成している。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。   The waste heat recovery apparatus 1 further includes a vapor path 6 through which vaporized refrigerant, that is, vapor flows. A superheater 7, a turbine 8, and a heater 23 are disposed in this steam path 6 in this order from the upstream side, and the end thereof is connected to the upper tank 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 steam passage 6, and improves the recovery efficiency of waste heat. The turbine 8 is driven by high-temperature, high-pressure steam that flows through the steam path 6. 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 turbine 8 and the generator 15 constitute a power recovery machine in the present invention. The steam that has passed through the turbine 8 is condensed by the condenser 9 and returned to the cooling water.

ここで、凝縮器9の構成につき、図3を参照しつつ説明する。凝縮器9は、アッパータンク9a、ロアータンク9b、コア部9cを備えている。凝縮器9は、コア部9cに導入される空気によって冷却管9d内を流れる冷媒を冷却し、冷媒を蒸気から液体に戻す。   Here, the configuration of the condenser 9 will be described with reference to FIG. The condenser 9 includes an upper tank 9a, a lower tank 9b, and a core portion 9c. The condenser 9 cools the refrigerant flowing in the cooling pipe 9d by the air introduced into the core portion 9c, and returns the refrigerant from the vapor to the liquid.

アッパータンク9aは、加熱器23を通過した後の蒸気が流通する導入管9eを備えている。ロアータンク9bは、液体となった冷媒を排出する第一排出管9fと第二排出管9gとを備えている。コア部9cは冷却管9d、フィン9hを備えている。コア部9cは、平行に配列した複数の冷却管9dの間にフィン9hが並設された構成となっている。コア部9cは、冷却管9dがアッパータンク9a内とロアータンク9b内とを連通するようアッパータンク9a及びロアータンク9bに組み付けられている。   The upper tank 9a is provided with an introduction pipe 9e through which steam after passing through the heater 23 flows. The lower tank 9b includes a first discharge pipe 9f and a second discharge pipe 9g for discharging the refrigerant that has become liquid. The core portion 9c includes a cooling pipe 9d and fins 9h. The core portion 9c has a configuration in which fins 9h are arranged in parallel between a plurality of cooling pipes 9d arranged in parallel. The core portion 9c is assembled to the upper tank 9a and the lower tank 9b so that the cooling pipe 9d communicates between the upper tank 9a and the lower tank 9b.

アッパータンク9aには、凝縮器9内の圧力を測定する圧力センサ17が装着されている。また、ロアータンク9bには凝縮後の冷却水の温度を測定する水温センサ18が装着されている。なお、圧力センサ17は、凝縮器9内の圧力を測定できる位置であればどこに装着してもよいが、水温センサ18は、凝縮前の温度の高い蒸気の温度を測定しないように凝縮後の冷却水が溜まるロアータンク9bに装着する。圧力センサ17及び水温センサ18はいずれもECU(Electronic control unit)19と電気的に接続されている。このECU19は本発明における演算手段の機能を備え、圧力センサ17及び水温センサ18とともに本発明における浸入空気検出手段を構成する。ECU19は、水温センサ18によって測定した水温に対応した飽和蒸気圧を算出し、圧力センサ17によって測定された圧力とを比較することによって冷媒の循環系内の空気の浸入を検出する。   A pressure sensor 17 for measuring the pressure in the condenser 9 is attached to the upper tank 9a. The lower tank 9b is equipped with a water temperature sensor 18 for measuring the temperature of the condensed cooling water. The pressure sensor 17 may be mounted anywhere as long as the pressure in the condenser 9 can be measured, but the water temperature sensor 18 does not measure the temperature of the steam having a high temperature before condensation. The cooling water is attached to the lower tank 9b. Both the pressure sensor 17 and the water temperature sensor 18 are electrically connected to an ECU (Electronic control unit) 19. The ECU 19 has the function of the calculation means in the present invention, and constitutes the intrusion air detection means in the present invention together with the pressure sensor 17 and the water temperature sensor 18. The ECU 19 calculates the saturated vapor pressure corresponding to the water temperature measured by the water temperature sensor 18 and compares the pressure measured by the pressure sensor 17 to detect the intrusion of air into the circulation system of the refrigerant.

凝縮器9は、コア部9cで熱交換に供される空気が導入される側にファン20を備えている。このファン20は、凝縮器9における冷却効率を向上させ、蒸気の凝縮効果を向上させるものである。このファン20の駆動部20aはECU19と電気的に接続されている。凝縮器9は、さらに、コア部9cで熱交換に供される空気が導入される側にシャッタ21を備えている。シャッタ21の駆動部21aはECU19に電気的に接続されている。このシャッタ21が閉じた状態となると、コア部9cへの空気の導入が抑制され、凝縮器9の凝縮効果が低下する。すなわち、シャッタ21は、本発明における凝縮器作動抑制手段に相当する。また、ファン20も停止することにより凝縮器9における冷却効果を低下させ、凝縮効果を抑制することになり、この意味で、本発明における凝縮器作動抑制手段に相当する。   The condenser 9 includes a fan 20 on the side where air to be used for heat exchange in the core portion 9c is introduced. This fan 20 improves the cooling efficiency in the condenser 9, and improves the condensing effect of a vapor | steam. The drive unit 20a of the fan 20 is electrically connected to the ECU 19. The condenser 9 further includes a shutter 21 on the side where air to be used for heat exchange in the core portion 9c is introduced. The drive unit 21 a of the shutter 21 is electrically connected to the ECU 19. When the shutter 21 is in a closed state, the introduction of air into the core portion 9c is suppressed, and the condensation effect of the condenser 9 is reduced. That is, the shutter 21 corresponds to the condenser operation suppressing means in the present invention. Moreover, the cooling effect in the condenser 9 is reduced by stopping the fan 20 and the condensation effect is suppressed, and in this sense, it corresponds to the condenser operation suppressing means in the present invention.

廃熱回収装置1は、凝縮器9のロアータンク9bとウォ−タジャケット3とを接続する冷却水通路10を備えている。冷却水通路10と凝縮器9とは、第一排出管9fによって接続されている。この冷却水通路10には上流側から順にキャッチタンク11、本発明における供給ポンプに相当する第2ウォータポンプ12、加熱器23が配設されている。凝縮器9内で凝縮され液体に戻された冷却水は一旦キャッチタンク11内に貯留され、その後、第2ウォータポンプ12によって再びウォータジャケット3内へ供給される。その際、冷却水は加熱器23において高温の蒸気から熱を付与されて高温となる。これにより、ウォータジャケット3において蒸気化し易くなり効率的な廃熱回収を行うことができる。このようにランキンサイクルを形成する系が本発明の冷媒の循環系を構成している。   The waste heat recovery apparatus 1 includes a cooling water passage 10 that connects the lower tank 9 b of the condenser 9 and the water jacket 3. The cooling water passage 10 and the condenser 9 are connected by a first discharge pipe 9f. In this cooling water passage 10, a catch tank 11, a second water pump 12 corresponding to a supply pump in the present invention, and a heater 23 are arranged in this order from the upstream side. The cooling water condensed in the condenser 9 and returned to the liquid is temporarily stored in the catch tank 11 and then supplied again into the water jacket 3 by the second water pump 12. At that time, the cooling water is heated by the heater 23 from the high-temperature steam and becomes high temperature. Thereby, it becomes easy to evaporate in the water jacket 3, and efficient waste heat recovery can be performed. Thus, the system forming the Rankine cycle constitutes the refrigerant circulation system of the present invention.

このような廃熱回収装置1は、さらに、凝縮器9と接続されたリザーブタンク16を備えている。リザーブタンク16は、第二排出管9gに接続された排出パイプ22を介して凝縮器9と接続されている。この排出パイプ22の出口はリザーブタンク16内に貯留される液中で開口するように配置されている。リザーブタンク16は開口16aを備えており、リザーブタンク16内へ排出された空気は大気開放される。また、排出パイプ22の途中には、凝縮器9側からリザーブタンク16側への流れのみ許容する一方弁24が装着されている。   Such a waste heat recovery apparatus 1 further includes a reserve tank 16 connected to the condenser 9. The reserve tank 16 is connected to the condenser 9 via a discharge pipe 22 connected to the second discharge pipe 9g. The outlet of the discharge pipe 22 is arranged so as to open in the liquid stored in the reserve tank 16. The reserve tank 16 has an opening 16a, and the air discharged into the reserve tank 16 is released to the atmosphere. A one-way valve 24 that allows only the flow from the condenser 9 side to the reserve tank 16 side is mounted in the middle of the discharge pipe 22.

以上のように構成される廃熱回収装置1の動作につき、図4に示したフロー図を参照しつつ説明する。
まず、ECU19は、ステップ1において、圧力センサ17から凝縮器9内の圧力Pgを取得する。また、これとともに、水温センサ18から凝縮器9内に溜まった冷却水の水温を取得する。ECU19、この水温から、この水温に対応する飽和蒸気圧Pwを算出する。具体的には、ECU19内に格納されたマップから飽和蒸気圧Pwを算出する。
The operation of the waste heat recovery apparatus 1 configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, in step 1, the ECU 19 acquires the pressure Pg in the condenser 9 from the pressure sensor 17. At the same time, the water temperature of the cooling water accumulated in the condenser 9 is acquired from the water temperature sensor 18. The ECU 19 calculates a saturated vapor pressure Pw corresponding to the water temperature from the water temperature. Specifically, the saturated vapor pressure Pw is calculated from a map stored in the ECU 19.

ECU19は、ステップS2において凝縮器内圧力Pgが飽和蒸気圧Pwよりも大きいか否かを判断する。このステップS2においてYesと判断したときはステップS4へ進む。一方、ステップS2でNoと判断したときはステップS3へ進む、ステップS3では、シャッタ21を開状態とするとともに、ファン20を稼働させる。凝縮器内圧力Pgが飽和蒸気圧Pwよりも小さいときは循環系内に空気は浸入していないと判断することができる。そこで、図2に示すようにシャッタ21を開放し、ファン20を稼働させることで、凝縮器9に大量に空気を送り込み、冷却効果を向上させて凝縮を促進させる。凝縮器9における凝縮が促進されると、循環系内の圧力は低下する。これによりタービン8の前後の圧力比が大きくなり、タービン効率が向上する。この結果廃熱回収の効率が向上する。   In step S2, the ECU 19 determines whether or not the condenser internal pressure Pg is larger than the saturated vapor pressure Pw. When it is determined Yes in step S2, the process proceeds to step S4. On the other hand, when it is determined No in step S2, the process proceeds to step S3. In step S3, the shutter 21 is opened and the fan 20 is operated. When the condenser internal pressure Pg is smaller than the saturated vapor pressure Pw, it can be determined that air has not entered the circulation system. Therefore, by opening the shutter 21 and operating the fan 20 as shown in FIG. 2, a large amount of air is sent to the condenser 9 to improve the cooling effect and promote condensation. When condensation in the condenser 9 is promoted, the pressure in the circulation system decreases. Thereby, the pressure ratio before and behind the turbine 8 is increased, and the turbine efficiency is improved. As a result, the efficiency of waste heat recovery is improved.

一方、ステップS4では、ステップS1で取得したPgとPwとの差を算出し、その値から、空気排出時間Thを決定する。PgとPwとの差が大きいほど循環系内に浸入した空気の量は多いと考えられるから空気排出時間Thは長時間となる。この、空気排出時間Thは、ステップS5において開始する措置により、凝縮器内圧力Pgが大気圧を越え、その時点からさらにステップ5の措置を継続する時間である。   On the other hand, in step S4, the difference between Pg and Pw acquired in step S1 is calculated, and the air discharge time Th is determined from the value. The greater the difference between Pg and Pw, the greater the amount of air that has entered the circulatory system, so the air discharge time Th becomes longer. This air discharge time Th is a time for which the pressure in the condenser Pg exceeds the atmospheric pressure by the measure started in step S5 and the measure of step 5 is continued from that point.

ステップS4に引き続き行われるステップS5では、図1に示すようにシャッタ21を閉状態とするとともに、ファン20の稼働を停止させる。シャッタ21を閉状態とし、ファン20の稼働を停止させることにより、凝縮器9への空気の供給は抑制される。これにより凝縮器9における冷却作用は低下し、循環系内の温度、圧力が上昇する。   In step S5 performed subsequent to step S4, the shutter 21 is closed and the operation of the fan 20 is stopped as shown in FIG. Supplying air to the condenser 9 is suppressed by closing the shutter 21 and stopping the operation of the fan 20. Thereby, the cooling effect | action in the condenser 9 falls and the temperature and pressure in a circulation system rise.

ECUS5の措置を採った後もステップS6において凝縮器内圧力Pgを取得する。ECU19は、ステップS7においてステップS6で取得した凝縮器内圧力Pgが大気圧よりも高くなったか否かの判断を行う。循環系内の圧力が上昇し、大気圧よりも大きくなると、凝縮器9内に溜まった空気は蒸気とともにリザーブタンク16内へ排出される。ステップS7でNoと判断したときは、ステップS5、ステップS6の措置を繰り返す。ステップS7でYesと判断したときは、ステップS8へ進み、時間Thのカウントを開始し、時間Thが経過したか否かの判断を行う。凝縮器内圧力Pgが大気以上となってから時間Thが経過すれば循環系内の空気は排出されたと判断することができる。   Even after the measure of the ECU S5 is taken, the condenser internal pressure Pg is acquired in step S6. In step S7, the ECU 19 determines whether or not the condenser internal pressure Pg acquired in step S6 has become higher than the atmospheric pressure. When the pressure in the circulation system rises and becomes larger than the atmospheric pressure, the air accumulated in the condenser 9 is discharged into the reserve tank 16 together with the steam. When it is determined No in step S7, the measures in steps S5 and S6 are repeated. When it is determined Yes in step S7, the process proceeds to step S8, where the counting of time Th is started, and it is determined whether time Th has elapsed. If the time Th elapses after the condenser internal pressure Pg becomes equal to or higher than the atmosphere, it can be determined that the air in the circulation system has been exhausted.

以上、説明したように廃熱回収装置1を構成する各部が作動することにより、循環系に浸入した空気を排出し、凝縮器9の機能を維持することができる。   As described above, when each part constituting the waste heat recovery apparatus 1 operates, the air that has entered the circulation system is discharged, and the function of the condenser 9 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。例えば、シャッタ21を備えることなく、また、シャッタ21の開閉を行うことなくファン20の停止によってのみ凝縮器9の作動を抑制する構成とすることもできる。さらに、ファン20を備えず、シャッタ21の開閉の制御のみを行うようにしてもよい。   The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to them. 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. For example, the operation of the condenser 9 can be suppressed only by stopping the fan 20 without providing the shutter 21 and without opening and closing the shutter 21. Furthermore, the fan 20 may not be provided, and only the opening / closing control of the shutter 21 may be performed.

実施例の廃熱回収装置の概略構成を示した説明図であり、エンジンの冷媒が循環する循環系に浸入した空気を排出する状態の説明図である。It is explanatory drawing which showed schematic structure of the waste heat recovery apparatus of an Example, and is explanatory drawing of the state which discharges the air which infiltrated into the circulation system through which the refrigerant | coolant of an engine circulates. 本実施例の廃熱回収装置の概略構成を示した説明図であり、廃熱回収を促進する状態の説明図である。It is explanatory drawing which showed schematic structure of the waste heat recovery apparatus of a present Example, and is explanatory drawing of the state which accelerates | stimulates waste heat recovery. 凝縮器の斜視図である。It is a perspective view of a condenser. 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.

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
4a、b 冷却水噴射ノズル
5 第1ウォータポンプ
6a 蒸気経路
7 過熱器
8 タービン
9 凝縮器
10 冷却水通路
11 キャッチタンク
12 第2ウォータポンプ
13 排気ポート
14 排気経路
15 発電機
16 リザーブタンク
17 油圧センサ
18 水温センサ
19 ECU
20 ファン
21 シャッタ
22 排出パイプ
23 加熱器
24 一方弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waste heat recovery apparatus 2 Engine 2a Cylinder block 2b Cylinder head 3 Water jacket 4a, b Cooling water injection nozzle 5 1st water pump 6a Steam path 7 Superheater 8 Turbine 9 Condenser 10 Cooling water passage 11 Catch tank 12 2nd water Pump 13 Exhaust port 14 Exhaust path 15 Generator 16 Reserve tank 17 Hydraulic sensor 18 Water temperature sensor 19 ECU
20 Fan 21 Shutter 22 Discharge pipe 23 Heater 24 One-way valve

Claims (7)

エンジンの冷媒が過熱されて発生した蒸気を介して動力回収を行う動力回収機と、
当該動力回収機を通過した後の蒸気を液体の冷媒に戻す凝縮器と、
液体となった冷媒を前記エンジンに供給する供給ポンプと、
前記冷媒の循環系内の空気排出手段と、
を備えたことを特徴とする廃熱回収装置。
A power recovery machine that recovers power through steam generated by overheating the refrigerant of the engine;
A condenser for returning the vapor after passing through the power recovery machine to a liquid refrigerant;
A supply pump for supplying liquid refrigerant to the engine;
Air discharge means in the refrigerant circulation system;
A waste heat recovery device comprising:
請求項1記載の廃熱回収装置において、
前記空気排出手段は、
凝縮器作動抑制手段と、
前記凝縮器内が昇圧したときに、凝縮器内部の空気が冷媒とともに排出されるリザーブタンクと、
を含むことを特徴とした廃熱回収装置。
The waste heat recovery apparatus according to claim 1,
The air discharge means is
A condenser operation suppressing means;
A reserve tank in which air inside the condenser is discharged together with the refrigerant when the inside of the condenser is pressurized;
Waste heat recovery device characterized by including
請求項1記載の廃熱回収装置において、
前記空気排出手段は、
前記凝縮器への冷却空気の導入を制限する凝縮器作動抑制手段と、
前記凝縮器内が昇圧したときに、凝縮器内部の空気が冷媒とともに排出されるリザーブタンクと、
を含むことを特徴とした廃熱回収装置。
The waste heat recovery apparatus according to claim 1,
The air discharge means is
A condenser operation suppressing means for restricting introduction of cooling air to the condenser;
A reserve tank in which air inside the condenser is discharged together with the refrigerant when the inside of the condenser is pressurized;
Waste heat recovery device characterized by including
請求項1記載の廃熱回収装置において、
前記空気排出手段は、
浸入空気検出手段と、
当該浸入空気検出手段の検出結果に基づいて作動する凝縮器作動抑制手段と、
前記凝縮器内が昇圧したときに、凝縮器内部の空気が冷媒とともに排出されるリザーブタンクと、
を含むことを特徴とした廃熱回収装置。
The waste heat recovery apparatus according to claim 1,
The air discharge means is
Intrusion air detection means;
Condenser operation suppression means that operates based on the detection result of the intrusion air detection means;
A reserve tank in which air inside the condenser is discharged together with the refrigerant when the inside of the condenser is pressurized;
Waste heat recovery device characterized by including
請求項4記載の廃熱回収装置において、
前記浸入空気検出手段は、
圧力センサと、水温センサと、
水温に対応した飽和蒸気圧と前記圧力センサによって測定された系内の圧力とを比較して空気の浸入を判断する演算手段と、
を含むことを特徴とした廃熱回収装置。
The waste heat recovery apparatus according to claim 4,
The intrusion air detection means includes
A pressure sensor, a water temperature sensor,
A calculation means for comparing the saturated vapor pressure corresponding to the water temperature and the pressure in the system measured by the pressure sensor to determine the intrusion of air;
Waste heat recovery device characterized by including
請求項4記載の廃熱回収装置において、
前記浸入空気検出手段は、
圧力センサと、水温センサと、
水温に対応した飽和蒸気圧と前記圧力センサによって測定された系内の圧力とを比較して空気の浸入量を算出するとともに当該空気の浸入量から前記凝縮器作動抑制手段の作動時間を決定する演算手段と、
を含むことを特徴とした廃熱回収装置。
The waste heat recovery apparatus according to claim 4,
The intrusion air detection means includes
A pressure sensor, a water temperature sensor,
The saturated vapor pressure corresponding to the water temperature and the pressure in the system measured by the pressure sensor are compared to calculate the amount of intrusion of air, and the operation time of the condenser operation suppression means is determined from the amount of intrusion of air. Computing means;
Waste heat recovery device characterized by including
請求項1乃至6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 6.
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