JP2009191625A - Waste heat recovery device - Google Patents

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Akira Michikawauchi
亮 道川内
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
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently recover waste heat, without impairing the cooling performance of an engine. <P>SOLUTION: A storage tank 15, a first pump 4 and a three-way valve 5 are arranged on the upstream side of the engine of a refrigerant passage 3 possessed by a waste heat recovery device 1. The three-way valve 3 branches off from the refrigerant passage 3, and forms a first relief circuit together with a first relief passage 20 for returning a refrigerant discharged from the first pump 4 to the storage tank 15. A second pump 6, a second three-way valve 7, an evaporator 8, a superheater 9, a power regenerating part 10 and a condenser 14 are arranged in order from the near side in an engine body 2a on the downstream side of the engine body 2a. An exhaust pipe 16 pulled out of the engine body 2a is connected in order of the superheater 9 and the evaporator 8. The second three-way valve 7 branches off from the refrigerant passage 3, and forms a second relief circuit together with a second relief passage 22 for returning the refrigerant discharged from the second pump 6 to the upstream side of the engine body 2a. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、エンジンにおける廃熱を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.

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、エンジンを冷却する際に、エンジンと熱交換をして蒸発した冷媒、すなわち、エンジンにおける廃熱を吸収して蒸発した冷媒を、さらに、エンジンから排出される排気により過熱して高温化するものがある。このような廃熱回収手段は、高温化した気相冷媒により膨張機を駆動して、気相冷媒の持つエネルギを電気エネルギ等に変換して、エンジンで発生する廃熱のエネルギを回収することができる。こうしてエネルギが回収された気相冷媒は、凝縮器において液化される。凝縮器で液化された冷媒は、エンジン内へ導入され、再度、廃熱を得て蒸発し、廃熱の回収に寄与することとなる。このような構成を採用して廃熱回収を行う内燃機関が、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 when the engine is cooled, the refrigerant that has evaporated by exchanging heat with the engine, that is, the waste heat in the engine is absorbed. Some of the evaporated refrigerant is further heated to a high temperature by exhaust exhausted from the engine. Such waste heat recovery means recovers the waste heat energy generated in the engine by driving the expander with the gas phase refrigerant heated to convert the energy of the gas phase refrigerant into electric energy or the like. Can do. The gas-phase refrigerant from which energy has been recovered is liquefied in the condenser. The refrigerant liquefied by the condenser is introduced into the engine, and again obtains waste heat and evaporates to contribute to the recovery of waste heat. For example, Patent Document 1 discloses an internal combustion engine that employs such a configuration to recover waste heat.

特開2000−345835号公報JP 2000-345835 A

ところで、特許文献1に開示された構成を含め、冷媒の循環にはポンプを用いるのが一般的である。ランキンサイクルを形成する蒸気は圧力が高いほど、効率が向上する。このため、ポンプの吐出圧を高めれば、ランキンサイクルの効率を向上させることが可能となる。しかしながら、ポンプの吐出圧を高めると、冷媒の吐出量が増加してしまい、却ってランキンサイクルによる廃熱回収効率を低下させてしまうおそれがある。例えば、蒸気発生部に供給される液体の冷媒の量がその時点での発熱量と比較して多すぎると蒸気が発生しないことから、ランキンサイクルが成立せず、廃熱回収が行えないことが想定される。このように、ポンプによる冷媒供給では、必要とされる冷媒の圧力と、供給量との両立が困難となることが想定される。   By the way, it is common to use a pump for the circulation of the refrigerant, including the configuration disclosed in Patent Document 1. The steam forming the Rankine cycle is more efficient as the pressure is higher. For this reason, if the discharge pressure of the pump is increased, the efficiency of the Rankine cycle can be improved. However, when the discharge pressure of the pump is increased, the discharge amount of the refrigerant increases, and there is a possibility that the waste heat recovery efficiency due to the Rankine cycle is reduced. For example, if the amount of liquid refrigerant supplied to the steam generator is too large compared to the amount of heat generated at that time, steam will not be generated, so the Rankine cycle cannot be established and waste heat recovery cannot be performed. is assumed. As described above, it is assumed that it is difficult to achieve both the required refrigerant pressure and the supply amount in the refrigerant supply by the pump.

そこで、本発明は、エンジンの冷却性を損なうことなく、効率的な廃熱回収を行うことを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to perform efficient waste heat recovery without impairing the cooling performance of the engine.

かかる課題を解決するための、本発明の廃熱回収装置は、エンジン内に形成されたウォータジャケット内を流通する冷媒と、当該冷媒が蒸気化する蒸気発生部と、前記冷媒の蒸気によって駆動される動力回生部と、蒸気発生検知手段と、当該蒸気発生検知手段の検知結果に基づいて、前記蒸気発生部への冷媒供給量を制御する冷媒供給量制御手段と、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、冷媒の状態が蒸気を発生することができる状態となっていないときは、蒸気発生部への冷媒供給量を抑制する。一方、蒸気発生部において蒸気を発生させることができるときに冷媒を供給することにより、廃熱を効率的に回収することができる。   In order to solve such a problem, a waste heat recovery apparatus according to the present invention is driven by a refrigerant that circulates in a water jacket formed in an engine, a vapor generation unit that vaporizes the refrigerant, and vapor of the refrigerant. And a refrigerant supply amount control means for controlling a refrigerant supply amount to the steam generation section based on a detection result of the steam generation detection means. (Claim 1). By setting it as such a structure, when the state of a refrigerant | coolant is not in the state which can generate | occur | produce a vapor | steam, the refrigerant | coolant supply amount to a vapor | steam generation part is suppressed. On the other hand, waste heat can be efficiently recovered by supplying the refrigerant when steam can be generated in the steam generating section.

このような廃熱回収装置では、前記冷媒をエンジン内に供給する第1ポンプと、エンジン温度取得手段と、当該エンジン温度取得手段によって取得されたエンジン温度に基づいて、前記第1ポンプから吐出された冷媒を当該第1ポンプの上流側へ戻す第1リリーフ回路と、を備えた構成とすることができる(請求項2)。ここで、エンジン温度とは、例えば、シリンダブロックの壁温等である。エンジンを適切に冷却するためにエンジンに形成されたウォータジャケットへ導入する冷却水の量を調整するために参酌される値である。エンジンの熱的信頼性を評価することができる値であれば、シリンダブロックの壁温以外の値を採用することもできる。エンジンの状態から、それ以上の冷媒をウォータジャケットへ導入すると過冷却となるおそれがあるときなどは第1リリーフ回路を通じて冷却水のウォータジャケットへ導入を抑制する。   In such a waste heat recovery apparatus, the refrigerant is discharged from the first pump based on the first pump for supplying the refrigerant into the engine, the engine temperature acquisition means, and the engine temperature acquired by the engine temperature acquisition means. And a first relief circuit for returning the refrigerant to the upstream side of the first pump (claim 2). Here, the engine temperature is, for example, the wall temperature of the cylinder block. This value is taken into account for adjusting the amount of cooling water introduced into a water jacket formed in the engine in order to properly cool the engine. Any value other than the wall temperature of the cylinder block can be adopted as long as the value can evaluate the thermal reliability of the engine. When there is a possibility of overcooling when more refrigerant is introduced into the water jacket from the state of the engine, the introduction of the cooling water into the water jacket is suppressed through the first relief circuit.

このように、エンジンに導入する冷媒の量を調節する構成とした場合、エンジン内に導入されない冷媒を貯留しておくバッファ領域が存在していると都合がよい。そこで、冷媒を貯留する貯留タンクを備え、エンジン温度取得手段によって取得されたエンジン温度に基づいて、前記第1ポンプから吐出された冷媒を当該第1ポンプの上流側へ戻す第1リリーフ回路を備えた構成とすることが望ましい(請求項3)。   Thus, when it is set as the structure which adjusts the quantity of the refrigerant | coolant introduce | transduced into an engine, it is convenient if the buffer area | region which stores the refrigerant | coolant which is not introduce | transduced in an engine exists. Therefore, a storage tank for storing the refrigerant is provided, and a first relief circuit is provided for returning the refrigerant discharged from the first pump to the upstream side of the first pump based on the engine temperature acquired by the engine temperature acquisition means. It is desirable to have a configuration (claim 3).

このような廃熱回収装置における、前記蒸気発生部は、エンジンの排気ガスの熱によって前記冷媒を蒸発させる蒸発器であり、前記エンジンと前記蒸発器との間に前記蒸発器へ冷媒を供給する第2ポンプを備え、前記冷媒供給量制御手段は、前記第2ポンプから吐出された冷媒を前記エンジンの上流側へ戻す第2リリーフ回路である構成とすることができる(請求項4)。蒸発器は、エンジンの本体とは別個に備えられる。このような構成とすることにより冷媒の蒸気化が困難と判断される状況で蒸発器へ冷媒が導入されることを回避することができる。蒸発器に冷媒を導入したにもかかわらず蒸気を発生させることができないと、有効な廃熱回収を行うことができない。例えば、蒸発器に導入される冷媒の飽和蒸気温度、蒸発器に導入される排気ガスの温度から、有効に蒸気を発生させることが困難であると判断されるときに、第2リリーフ回路を通じて冷媒をリリーフする。その後、冷媒を蒸気化することができる条件を満たしたときに冷媒を蒸発器に導入すれば、効率的な廃熱の回収を行うことができる。   In such a waste heat recovery apparatus, the steam generation unit is an evaporator that evaporates the refrigerant by heat of engine exhaust gas, and supplies the refrigerant to the evaporator between the engine and the evaporator. A second pump may be provided, and the refrigerant supply amount control means may be a second relief circuit that returns the refrigerant discharged from the second pump to the upstream side of the engine. The evaporator is provided separately from the main body of the engine. By adopting such a configuration, it is possible to avoid introducing the refrigerant into the evaporator in a situation where it is difficult to evaporate the refrigerant. If steam cannot be generated despite the introduction of the refrigerant into the evaporator, effective waste heat recovery cannot be performed. For example, when it is determined that it is difficult to generate steam effectively from the saturated vapor temperature of the refrigerant introduced into the evaporator and the temperature of the exhaust gas introduced into the evaporator, the refrigerant is passed through the second relief circuit. Relieve. After that, if the refrigerant is introduced into the evaporator when the conditions for vaporizing the refrigerant are satisfied, the waste heat can be efficiently recovered.

なお、エンジン内への冷媒の導入を調節するのみの構成であっても、廃熱回収の効率を向上させることができる。すなわち、エンジン内に形成されたウォータジャケット内を流通する冷媒と、当該冷媒が蒸気化する蒸気発生部と、前記冷媒の蒸気によって駆動される動力回生部と、前記冷媒をエンジン内に供給する第1ポンプと、エンジン温度取得手段と、当該エンジン温度取得手段によって取得されたエンジン温度に基づいて、前記第1ポンプから吐出された冷媒を当該第1ポンプの上流側へ戻す第1リリーフ回路と、を備えた廃熱回収装置とすることもできる(請求項5)。   In addition, even if it is the structure which only adjusts introduction | transduction of the refrigerant | coolant in an engine, the efficiency of waste heat recovery can be improved. That is, a refrigerant that circulates in a water jacket formed in the engine, a vapor generation unit that vaporizes the refrigerant, a power regeneration unit that is driven by the vapor of the refrigerant, and a first unit that supplies the refrigerant into the engine. 1 pump, engine temperature acquisition means, and a first relief circuit for returning the refrigerant discharged from the first pump to the upstream side of the first pump based on the engine temperature acquired by the engine temperature acquisition means, It can also be set as the waste heat recovery apparatus provided with (Claim 5).

本発明の廃熱回収装置によれば、エンジンや蒸気発生部の状態に応じてポンプから吐出された冷媒をリリーフするようにしたので、ポンプの吐出圧を向上させたときであっても冷媒の過剰供給を回避し、廃熱の効率的な回収を行うことができる。   According to the waste heat recovery apparatus of the present invention, since the refrigerant discharged from the pump is relieved according to the state of the engine and the steam generation unit, the refrigerant is discharged even when the discharge pressure of the pump is improved. Excess supply can be avoided and efficient recovery of waste heat 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は、本実施例の廃熱回収装置1をエンジン本体2aに組み込んだエンジン2の概略構成を示した説明図である。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an engine 2 in which the waste heat recovery apparatus 1 of the present embodiment is incorporated in an engine body 2a.

エンジン本体2a内にはウォータジャケットが形成されており、ウォータジャケット内を冷却水である冷媒が循環する。廃熱回収装置1は冷媒が流通する冷媒経路3を備えている。この冷媒経路3のエンジン本体2aの上流側には冷媒を貯留する貯留タンク15が配置され、貯留タンク15とエンジン本体2aとの間に貯留タンク15内の冷媒をエンジン本体2a内へ供給する第1ポンプ4が配置されている。また、第1ポンプ4とエンジン本体2aとの間には第1三方弁5が配置されている。   A water jacket is formed in the engine body 2a, and a coolant that is cooling water circulates in the water jacket. The waste heat recovery apparatus 1 includes a refrigerant path 3 through which refrigerant flows. A storage tank 15 for storing the refrigerant is disposed upstream of the engine main body 2a in the refrigerant path 3, and the refrigerant in the storage tank 15 is supplied between the storage tank 15 and the engine main body 2a into the engine main body 2a. One pump 4 is arranged. A first three-way valve 5 is disposed between the first pump 4 and the engine body 2a.

第1三方弁5は、冷媒経路3から分岐して第1ポンプ4から吐出された冷媒を貯留タンク15へ戻す第1リリーフ経路20とともに本発明における第1リリーフ回路を形成している。第1リリーフ経路20には、逆止弁21が装着されている。第1三方弁5は、ECU(Electronic control unit)26と電気的に接続されている。   The first three-way valve 5 forms a first relief circuit in the present invention together with a first relief path 20 that branches from the refrigerant path 3 and returns the refrigerant discharged from the first pump 4 to the storage tank 15. A check valve 21 is attached to the first relief path 20. The first three-way valve 5 is electrically connected to an ECU (Electronic control unit) 26.

エンジン本体2aの下流側の冷媒経路3には、エンジン本体2aに近い側から順に、第2ポンプ6、第2三方弁7、本発明における蒸気発生部に相当する蒸発器8、過熱器9、動力回生部10、凝縮器14が配置されている。凝縮器14の下流には上述の貯留タンク15が設置されている。また、エンジン本体2aからは、排気ポートから排出された排気ガスが流通する排気管16が引き出されており、過熱器9、蒸発器8の順に接続されている。   In the refrigerant path 3 on the downstream side of the engine body 2a, in order from the side closer to the engine body 2a, the second pump 6, the second three-way valve 7, the evaporator 8 corresponding to the steam generating part in the present invention, the superheater 9, A power regeneration unit 10 and a condenser 14 are arranged. The above-described storage tank 15 is installed downstream of the condenser 14. Further, an exhaust pipe 16 through which the exhaust gas discharged from the exhaust port flows is drawn out from the engine body 2a, and the superheater 9 and the evaporator 8 are connected in this order.

第2ポンプ6は、エンジン本体2a内から冷媒を吸い上げ、蒸発器8へ供給している。蒸発器8では、排気管16中を流通する排気ガスから熱を得て、冷媒を蒸気化させる。第2三方弁7は、冷媒経路3から分岐して第2ポンプ6から吐出された冷媒をエンジン本体2aの上流側へ戻す第2リリーフ経路22とともに本発明における第2リリーフ回路を形成している。第2リリーフ経路20には、逆止弁23が装着されている。第2三方弁7は、ECU26と電気的に接続されており、第2リリーフ回路は、本発明における冷媒供給量制御手段を構成している。   The second pump 6 sucks the refrigerant from the engine body 2 a and supplies it to the evaporator 8. In the evaporator 8, heat is obtained from the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 16, and the refrigerant is vaporized. The second three-way valve 7 forms a second relief circuit in the present invention together with a second relief path 22 that branches from the refrigerant path 3 and returns the refrigerant discharged from the second pump 6 to the upstream side of the engine body 2a. . A check valve 23 is attached to the second relief path 20. The second three-way valve 7 is electrically connected to the ECU 26, and the second relief circuit constitutes the refrigerant supply amount control means in the present invention.

過熱器9は、排気管16中の排気ガスから熱を回収し、冷媒通路3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。   The superheater 9 recovers heat from the exhaust gas in the exhaust pipe 16 and further imparts heat to the steam passing through the refrigerant passage 3, and improves the recovery efficiency of waste heat.

動力回生部10には、タービン11と、このタービン11と軸を共通にする発電機12とが含まれる。すなわち、冷媒経路3を流通する冷媒の蒸気によってタービン11を駆動し、発電機12によってエンジンの廃熱を、電気エネルギをして回収する。回収された電気は、発電機12と接続された蓄電装置13に蓄えられる。   The power regeneration unit 10 includes a turbine 11 and a generator 12 having a common shaft with the turbine 11. That is, the turbine 11 is driven by the vapor of the refrigerant flowing through the refrigerant path 3, and the waste heat of the engine is recovered by using the generator 12 as electric energy. The collected electricity is stored in a power storage device 13 connected to the generator 12.

エンジン本体2aには、シリンダブロックの壁温を測定する第1温度センサ17が設置されている。また、蒸発器8には、導入される冷媒の圧力P1を測定する圧力センサ18が設置されている。さらに、排気管16の蒸発器8の上流側には蒸発器8へ導入される排気ガスの温度を測定する第2温度センサ19が設置されている。これらの第1温度センサ17、圧力センサ18、第2温度センサ19は、それぞれECU26に電気的に接続されている。第1温度センサ17は、本発明におけるエンジン温度取得手段に相当し、圧力センサ18と、第2温度センサ19は、本発明における蒸気発生検知手段の一部を形成している。すなわち、圧力センサ18により取得された圧力P1からその圧力P1における飽和温度T2Xを算出する。算出された飽和温度T2Xと第2温度センサ19により取得した排気ガスの温度とを比較して、蒸発器8において冷媒が蒸気化することができるか否かの判断を行う。この判断に関する演算はECU26によって行われる。   The engine body 2a is provided with a first temperature sensor 17 for measuring the wall temperature of the cylinder block. The evaporator 8 is provided with a pressure sensor 18 for measuring the pressure P1 of the refrigerant introduced. Further, a second temperature sensor 19 for measuring the temperature of the exhaust gas introduced into the evaporator 8 is installed upstream of the evaporator 8 in the exhaust pipe 16. The first temperature sensor 17, the pressure sensor 18, and the second temperature sensor 19 are electrically connected to the ECU 26, respectively. The first temperature sensor 17 corresponds to the engine temperature acquisition means in the present invention, and the pressure sensor 18 and the second temperature sensor 19 form part of the steam generation detection means in the present invention. That is, the saturation temperature T2X at the pressure P1 is calculated from the pressure P1 acquired by the pressure sensor 18. The calculated saturation temperature T2X and the temperature of the exhaust gas acquired by the second temperature sensor 19 are compared to determine whether or not the refrigerant can be vaporized in the evaporator 8. The calculation related to this determination is performed by the ECU 26.

以上のように構成される廃熱回収装置1の動作及び制御につき、図面を参照しつつ説明する。図2は、ECU26が行う制御の一例を示すフロー図である。まず、ECU26は、ステップS1において、エンジン2が始動状態にあることを確認し、ステップS2へ進む。ステップS2では、自らが内蔵するカウンタによりT秒をカウントする。これは、図2に示した一連の制御をT秒毎に行うための措置である。ECU26は、T秒カウントした後、ステップS3の処理を行う。ステップS3では、エンジン本体2aに貯留タンク15内の冷媒を導入するか否かの判断を行う。具体的には第1温度センサ17により取得したシリンダブロックの壁温T1が予め閾値として定めた温度T1X以上となっているか否かの判断を行う。この温度T1Xは、エンジン本体2aにさらに冷媒を導入しても、過冷却となることがないと判断することができる値として設定されている。壁温T1が温度T1X以上であるときはステップS4へ進む。ステップS4へ進んだ場合は、後に詳述するように第1リリーフ弁5における冷媒のリリーフは行われず、第1ポンプ4が吐出する冷媒はエンジン本体2aへ供給される(ステップS5、ステップS6)。供給された冷媒はエンジン本体2aにおいて昇温する。一方、壁温T1が温度T1Xよりも低いときはステップS7へ進む。ステップS4へ進んだ場合は、後に詳述するように第1リリーフ弁5における冷媒のリリーフが行われる(ステップS8、ステップS9)。これにより、第1ポンプ4が吐出する冷媒のエンジン本体2aへの供給が回避される。この結果、エンジン本体2aは過度に冷却されることがない。すなわち、エンジン本体2aの熱的信頼性が確保される範囲内で冷媒の量を減らすことができ、蒸気化し易い状態を創り出すことができる。   The operation and control of the waste heat recovery apparatus 1 configured as described above will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of control performed by the ECU 26. First, in step S1, the ECU 26 confirms that the engine 2 is in a starting state, and proceeds to step S2. In step S2, T seconds are counted by a counter incorporated therein. This is a measure for performing the series of controls shown in FIG. 2 every T seconds. After counting T seconds, the ECU 26 performs the process of step S3. In step S3, it is determined whether or not the refrigerant in the storage tank 15 is introduced into the engine body 2a. Specifically, it is determined whether or not the wall temperature T1 of the cylinder block acquired by the first temperature sensor 17 is equal to or higher than a temperature T1X set in advance as a threshold value. This temperature T1X is set as a value with which it can be determined that no supercooling will occur even if a refrigerant is further introduced into the engine body 2a. When the wall temperature T1 is equal to or higher than the temperature T1X, the process proceeds to step S4. When the process proceeds to step S4, the refrigerant is not relieved in the first relief valve 5 as will be described in detail later, and the refrigerant discharged from the first pump 4 is supplied to the engine body 2a (steps S5 and S6). . The supplied refrigerant is heated in the engine body 2a. On the other hand, when the wall temperature T1 is lower than the temperature T1X, the process proceeds to step S7. When it progresses to step S4, the relief | relief of the refrigerant | coolant in the 1st relief valve 5 is performed so that it may explain in full detail later (step S8, step S9). Thereby, supply of the refrigerant discharged from the first pump 4 to the engine body 2a is avoided. As a result, the engine body 2a is not excessively cooled. That is, the amount of the refrigerant can be reduced within a range in which the thermal reliability of the engine main body 2a is ensured, and a state in which vaporization is easy can be created.

ECU26は、ステップS3において、YESと判断したときは、ステップS4へ進む。ステップS4では、蒸発器19へ導入される排気ガスの温度T2が蒸発器8に導入される冷媒の圧力P1における飽和温度T2X以上であるか否かの判断を行う。この飽和温度T2Xは、第2ポンプ6によって圧送される冷媒の状態によって変化する値である。このステップS4においてYESと判断したときはステップS5へ進む。ステップS5では、図3に示すように、第1リリーフ弁5、第2リリーフ弁7ともにリリーフを行わない制御とする。従って、貯留タンク15内の液体の冷媒が第1ポンプ4によってエンジン本体2aへ導入され、エンジン本体2aで昇温した冷媒が第2ポンプ6で吸い上げられて蒸発器8へ導入される。蒸発器8へ導入された冷媒は、排気ガスの熱により蒸気化する。蒸気化した冷媒は過熱器9へ送られてさらに熱を得る。過熱器9で熱を得て質が高められた冷媒の蒸気はタービン11を駆動する。これにより発電機12が作動してエンジンの廃熱が電気エネルギとして回収される。タービン11を駆動した後の蒸気状の冷媒は凝縮器14へ送られる。凝縮器14へ送られた冷媒は液体に戻され貯留タンク15へ流入して貯留される。   If the ECU 26 determines YES in step S3, the ECU 26 proceeds to step S4. In step S4, it is determined whether or not the temperature T2 of the exhaust gas introduced into the evaporator 19 is equal to or higher than the saturation temperature T2X at the refrigerant pressure P1 introduced into the evaporator 8. The saturation temperature T2X is a value that varies depending on the state of the refrigerant pumped by the second pump 6. If YES is determined in this step S4, the process proceeds to step S5. In step S5, as shown in FIG. 3, neither the first relief valve 5 nor the second relief valve 7 is controlled to perform relief. Therefore, the liquid refrigerant in the storage tank 15 is introduced into the engine body 2a by the first pump 4, and the refrigerant whose temperature has been raised by the engine body 2a is sucked up by the second pump 6 and introduced into the evaporator 8. The refrigerant introduced into the evaporator 8 is vaporized by the heat of the exhaust gas. The vaporized refrigerant is sent to the superheater 9 to obtain further heat. The steam of the refrigerant whose quality is improved by obtaining heat in the superheater 9 drives the turbine 11. Thereby, the generator 12 operates and the waste heat of the engine is recovered as electric energy. The vaporous refrigerant after driving the turbine 11 is sent to the condenser 14. The refrigerant sent to the condenser 14 is returned to the liquid and flows into the storage tank 15 where it is stored.

一方、ステップS4においてNOと判断したときは、ステップS6へ進む。ステップS6では、図4に示すように、第1リリーフ弁5のリリーフを行わず、第2リリーフ弁7のリリーフを行う制御とする。従って、第1ポンプ4によってエンジン本体2aへ導入された冷媒は、第2ポンプ6で吸い上げられた後、第2リリーフ経路22を通じ、図面中矢示25で示すようにエンジン本体2aの上流側に戻される。エンジン本体2aに戻された冷媒はエンジン本体2aにおいて再び昇温され、第2ポンプ6によって吸い上げられることになる。   On the other hand, if NO is determined in step S4, the process proceeds to step S6. In step S6, as shown in FIG. 4, control is performed so that the first relief valve 5 is not relieved and the second relief valve 7 is relieved. Accordingly, the refrigerant introduced into the engine body 2a by the first pump 4 is sucked up by the second pump 6 and then returned to the upstream side of the engine body 2a through the second relief path 22 as indicated by an arrow 25 in the drawing. It is. The refrigerant returned to the engine body 2 a is heated again in the engine body 2 a and sucked up by the second pump 6.

ECU26は、ステップS3において、NOと判断したときは、ステップS7へ進む。ステップS7では、蒸発器8へ導入される排気ガスの温度T2が蒸発器8に導入される冷媒の圧力P1における飽和温度T2X以上であるか否かの判断を行う。すなわち、ステップS4と同様の判断を行う。このステップS7においてYESと判断したときはステップS8へ進む。ステップS8では、図5に示すように、第1リリーフ弁5のリリーフを行い、第2リリーフ弁7のリリーフを行わない制御とする。従って、第1ポンプ4によって貯留タンク15内から吸引された冷媒は、第1リリーフ経路20を通じ図面中矢示24で示すように貯留タンク15内へ戻される。これにより、エンジン本体2aの過度の冷却が回避される。一方、すでにエンジン本体2a内に導入されている冷媒は第2ポンプ6で吸い上げられて蒸発器8へ導入される。蒸発器8へ導入された冷媒は、排気ガスの熱により蒸気化する。蒸気化した冷媒は過熱器9、タービン11と送られて廃熱回収に供される。   If the ECU 26 determines NO in step S3, the ECU 26 proceeds to step S7. In step S7, it is determined whether or not the temperature T2 of the exhaust gas introduced into the evaporator 8 is equal to or higher than the saturation temperature T2X at the pressure P1 of the refrigerant introduced into the evaporator 8. That is, the same determination as in step S4 is performed. If YES is determined in this step S7, the process proceeds to step S8. In step S8, as shown in FIG. 5, the first relief valve 5 is relieved and the second relief valve 7 is not relieved. Therefore, the refrigerant sucked from the storage tank 15 by the first pump 4 is returned to the storage tank 15 through the first relief path 20 as indicated by an arrow 24 in the drawing. Thereby, excessive cooling of the engine main body 2a is avoided. On the other hand, the refrigerant already introduced into the engine body 2 a is sucked up by the second pump 6 and introduced into the evaporator 8. The refrigerant introduced into the evaporator 8 is vaporized by the heat of the exhaust gas. The vaporized refrigerant is sent to the superheater 9 and the turbine 11 to be used for waste heat recovery.

一方、ステップS7においてNOと判断したときは、ステップS9へ進む。ステップS9では、図6に示すように、第1リリーフ弁5のリリーフを行わず、第2リリーフ弁7のリリーフを行う制御とする。従って、エンジン本体2aへ新たな冷媒が導入されることがなく、また、蒸発器8にも冷媒が供給されることがない。このような状態は、例えば、冷間始動直後の状態である。第1リリーフ弁5がリリーフ状態となることにより、エンジン本体2aには、外部からの冷媒の導入がないことから、熱容量が増加することがない。また、外部への冷媒の流出がない。これらのことから、エンジン本体2aにおける熱の浪費を抑制することができる。また、エンジン本体2aの早期暖機完了にも繋がる。また、第2リリーフ弁7がリリーフ状態となることにより、蒸気発生可能な状態となっていない蒸発器8への冷媒導入が回避される。これにより、効率的な廃熱回収を行うことができる。   On the other hand, if NO is determined in step S7, the process proceeds to step S9. In step S9, as shown in FIG. 6, control is performed so that the first relief valve 5 is not relieved and the second relief valve 7 is relieved. Accordingly, no new refrigerant is introduced into the engine body 2a, and no refrigerant is supplied to the evaporator 8. Such a state is, for example, a state immediately after the cold start. When the first relief valve 5 is in the relief state, the heat capacity is not increased because no external refrigerant is introduced into the engine body 2a. Moreover, there is no outflow of the refrigerant to the outside. For these reasons, waste of heat in the engine body 2a can be suppressed. Moreover, it leads also to completion of the early warming-up of the engine main body 2a. Further, when the second relief valve 7 is in the relief state, introduction of the refrigerant into the evaporator 8 that is not in a state where steam can be generated is avoided. Thereby, efficient waste heat recovery can be performed.

以上説明したステップS5乃至ステップS9の処理の後は、いずれも、リターンとなる。そして、再び、ステップS2においてT秒間のカウントが行われる。すなわち、廃熱回収装置1の制御は、T秒間隔で繰返し行われる。これにより、各部の状態は、エンジン本体2aの冷却、廃熱回収の観点から適正な範囲に収束していく。   After the processes in steps S5 to S9 described above, all return. Then, again, counting for T seconds is performed in step S2. That is, the control of the waste heat recovery apparatus 1 is repeatedly performed at intervals of T seconds. As a result, the state of each part converges to an appropriate range from the viewpoint of cooling the engine body 2a and recovering waste heat.

以上説明したように本発明の廃熱回収装置は、冷媒導入先の状態によって、冷媒の導入が制御される。これにより、効率的なエンジンの冷却、廃熱の回収を行うことができる。このとき、ポンプの駆動を制御するのみでは、供給される冷媒の圧力と供給量との両立が困難であるが、本発明によれば、過剰な冷媒はリリーフするようにしたので、冷媒の圧力の向上と、適正な冷媒供給量とを両立することができる。   As described above, in the waste heat recovery apparatus of the present invention, the introduction of the refrigerant is controlled according to the state of the refrigerant introduction destination. Thus, efficient engine cooling and waste heat recovery can be performed. At this time, it is difficult to achieve both the pressure of the supplied refrigerant and the supply amount only by controlling the drive of the pump. However, according to the present invention, excess refrigerant is relieved, so the pressure of the refrigerant It is possible to achieve both an improvement in the amount of refrigerant and an appropriate refrigerant supply amount.

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、第1リリーフ弁5、第2リリーフ弁7はいずれも冷媒をリリーフさせる状態、リリーフさせない状態を完全に切り替える構成としているが、これらを開度調整可能なリリーフ弁に置き換えることもできる。開度調整可能なリリーフ弁とすることにより、より緻密な制御を行うことができる。さらに、図7に示すような構成とすることもできる。図7に示す廃熱回収装置50は、図1に示した廃熱回収装置1から貯留タンク15を取り去った構成となっている。さらに、第1リリーフ弁51は、開度調整可能な構成としている。このような構成とし、その開度調整を行うことで、壁温T1を制御し、また、P1を制御する。これにより、エンジンの冷却、効率的な廃熱回収を行うことができる。   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, each of the first relief valve 5 and the second relief valve 7 is configured to completely switch between a state in which the refrigerant is relieved and a state in which the refrigerant is not relieved, but these can be replaced with a relief valve whose opening degree can be adjusted. By using a relief valve whose opening degree can be adjusted, more precise control can be performed. Furthermore, a configuration as shown in FIG. The waste heat recovery apparatus 50 shown in FIG. 7 has a configuration in which the storage tank 15 is removed from the waste heat recovery apparatus 1 shown in FIG. Furthermore, the 1st relief valve 51 is set as the structure which can adjust an opening degree. By adopting such a configuration and adjusting the opening degree, the wall temperature T1 is controlled, and P1 is controlled. Thereby, engine cooling and efficient waste heat recovery can be performed.

廃熱回収装置をエンジン本体に組み込んだエンジンの概略構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed schematic structure of the engine which incorporated the waste heat recovery apparatus in the engine main body. 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. 廃熱回収装置の第1リリーフ弁、第2リリーフ弁をリリーフしない状態としたエンジンを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the engine which made the state which does not relieve the 1st relief valve of a waste heat recovery apparatus, and a 2nd relief valve. 廃熱回収装置の第1リリーフ弁をリリーフしない状態とし、第2リリーフ弁をリリーフする状態としたエンジンを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the engine which made the state which does not relieve the 1st relief valve of a waste-heat-recovery apparatus, and the state which made the 2nd relief valve relief. 廃熱回収装置の第1リリーフ弁をリリーフし、第2リリーフ弁をリリーフしない状態としたエンジンを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the engine which made the state which reliefd the 1st relief valve of the waste heat recovery apparatus, and did not relieve the 2nd relief valve. 廃熱回収装置の第1リリーフ弁、第2リリーフ弁をリリーフする状態としたエンジンを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the engine which made the state which reliefs the 1st relief valve and 2nd relief valve of a waste heat recovery apparatus. 他の実施例の廃熱回収装置を組み込んだエンジンを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the engine incorporating the waste heat recovery apparatus of another Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 廃熱回収装置
2 エンジン
2a エンジン本体
3 冷媒経路
4 第1ポンプ
5 第1リリーフ弁
6 第2ポンプ
7 第2リリーフ弁
8 蒸発器
9 過熱器
10 動力回生部
11 タービン
12 発電機
13 蓄電装置
14 凝縮器
15 貯留タンク
16 排気管
17 第1温度センサ
18 圧力センサ
19 第2温度センサ
20 第1リリーフ経路
22 第2リリーフ経路
26 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waste heat recovery apparatus 2 Engine 2a Engine main body 3 Refrigerant path 4 1st pump 5 1st relief valve 6 2nd pump 7 2nd relief valve 8 Evaporator 9 Superheater 10 Power regeneration part 11 Turbine 12 Generator 13 Power storage device 14 Condenser 15 Storage tank 16 Exhaust pipe 17 First temperature sensor 18 Pressure sensor 19 Second temperature sensor 20 First relief path 22 Second relief path 26 ECU

Claims (5)

エンジン内に形成されたウォータジャケット内を流通する冷媒と、
当該冷媒が蒸気化する蒸気発生部と、
前記冷媒の蒸気によって駆動される動力回生部と、
蒸気発生検知手段と、
当該蒸気発生検知手段の検知結果に基づいて、前記蒸気発生部への冷媒供給量を制御する冷媒供給量制御手段と、
を備えたことを特徴とする廃熱回収装置。
Refrigerant circulating in a water jacket formed in the engine;
A steam generating section where the refrigerant is vaporized;
A power regeneration unit driven by the refrigerant vapor;
Steam generation detection means;
Based on the detection result of the steam generation detection means, a refrigerant supply amount control means for controlling the refrigerant supply amount to the steam generation section;
A waste heat recovery device comprising:
請求項1記載の廃熱回収装置において、
前記冷媒をエンジン内に供給する第1ポンプと、
エンジン温度取得手段と、
当該エンジン温度取得手段によって取得されたエンジン温度に基づいて、前記第1ポンプから吐出された冷媒を当該第1ポンプの上流側へ戻す第1リリーフ回路と、
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,
A first pump for supplying the refrigerant into the engine;
Engine temperature acquisition means;
A first relief circuit for returning the refrigerant discharged from the first pump to the upstream side of the first pump based on the engine temperature acquired by the engine temperature acquisition means;
A waste heat recovery device comprising:
請求項1記載の廃熱回収装置において、
前記冷媒を貯留する貯留タンクと、
当該貯留タンク内の冷媒をエンジン内に供給する第1ポンプと、
エンジン温度取得手段と、
当該エンジン温度取得手段によって取得されたエンジン温度に基づいて、前記第1ポンプから吐出された冷媒を当該第1ポンプの上流側へ戻す第1リリーフ回路と、
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,
A storage tank for storing the refrigerant;
A first pump for supplying the refrigerant in the storage tank into the engine;
Engine temperature acquisition means;
A first relief circuit for returning the refrigerant discharged from the first pump to the upstream side of the first pump based on the engine temperature acquired by the engine temperature acquisition means;
A waste heat recovery device comprising:
請求項1記載の廃熱回収装置において、
前記蒸気発生部は、エンジンの排気ガスの熱によって前記冷媒を蒸発させる蒸発器であり、
前記エンジンと前記蒸発器との間に前記蒸発器へ冷媒を供給する第2ポンプを備え、
前記冷媒供給量制御手段は、前記第2ポンプから吐出された冷媒を前記エンジンの上流側へ戻す第2リリーフ回路であることを特徴とする廃熱回収装置。
The waste heat recovery apparatus according to claim 1,
The steam generation unit is an evaporator that evaporates the refrigerant by heat of engine exhaust gas,
A second pump for supplying a refrigerant to the evaporator between the engine and the evaporator;
The waste heat recovery apparatus, wherein the refrigerant supply amount control means is a second relief circuit that returns the refrigerant discharged from the second pump to the upstream side of the engine.
エンジン内に形成されたウォータジャケット内を流通する冷媒と、
当該冷媒が蒸気化する蒸気発生部と、
前記冷媒の蒸気によって駆動される動力回生部と、
前記冷媒をエンジン内に供給する第1ポンプと、
エンジン温度取得手段と、
当該エンジン温度取得手段によって取得されたエンジン温度に基づいて、前記第1ポンプから吐出された冷媒を当該第1ポンプの上流側へ戻す第1リリーフ回路と、
を備えたことを特徴とする廃熱回収装置。
Refrigerant circulating in a water jacket formed in the engine;
A steam generating section where the refrigerant is vaporized;
A power regeneration unit driven by the refrigerant vapor;
A first pump for supplying the refrigerant into the engine;
Engine temperature acquisition means;
A first relief circuit for returning the refrigerant discharged from the first pump to the upstream side of the first pump based on the engine temperature acquired by the engine temperature acquisition means;
A waste heat recovery device comprising:
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