JP2010285892A - 廃熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒によりエンジン及びエンジンオイルを冷却することができることに加え、エンジンオイルの熱エネルギーを効率よく利用することができる廃熱回収装置を提供する。
【解決手段】 本発明の廃熱回収装置１００は、エンジンオイルを蓄えるオイルパン８０と、エンジン１０を冷却することにより気化した冷媒を凝縮させる凝縮器６０と、凝縮器６０により凝縮された冷媒が流通して、冷媒とエンジンオイルとの熱交換を行うオイルクーラー９０と、オイルクーラー９０における熱交換に用いられた冷媒を気体と液体とに分離する気液分離器３０と、を備え、気液分離器３０において分離された液体をエンジン１０へ導入するとともに、気液分離器３０において分離された気体を膨張器５０へ導入することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃熱回収装置に関する。

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によって膨張器（タービン）を駆動して、気化した冷却水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。

上記のような廃熱回収装置を備え、冷却効率及びエネルギー回収効率を改善したエンジンが、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００８−１２１６１５号公報

ところで、冷媒の気化潜熱を利用した沸騰冷却エンジンが知られている。冷媒の気化潜熱は顕熱の数十倍以上であるため、沸騰冷却エンジンの冷却効率は高い。沸騰冷却エンジンでは、気化した冷媒の蒸気が発生するため、ランキンサイクルと組み合わせ易い。ところが、沸騰冷却エンジンには、水冷エンジンとは異なり、エンジンオイルを冷却する手段がないため、エンジンオイルが高温になりやすい。このため、エンジンオイルは、気化するおそれがある。気化したエンジンオイルは潤滑や緩衝等の機能を十分果たすことができないため、エンジンオイルの気化を抑制する必要がある。そこで、オイルクーラーを設けて、凝縮器により冷却した冷媒をオイルクーラーに流通させてエンジンオイルを冷却し、その後、エンジンオイルの冷却に使用した冷媒を直接沸騰冷却エンジンの冷却に使用することが考えられる。

しかしながら、エンジンオイルの温度が高いと、冷媒が気化してしまう場合がある。気化した冷媒は顕熱しか利用することができない。そのため、気化した冷媒を沸騰冷却エンジンへ送っても、沸騰冷却エンジンをほとんど冷却できず効率的ではない。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、冷媒によりエンジン及びエンジンオイルを冷却することができることに加え、エンジンオイルの熱エネルギーを効率よく利用することができる廃熱回収装置を提供することを課題とする。

本発明は、エンジンオイルを蓄えるオイルタンクと、エンジンを冷却することにより気化した冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された前記冷媒が流通して、前記冷媒と前記エンジンオイルとの熱交換を行うオイルクーラーと、前記オイルクーラーにおける熱交換に用いられた前記冷媒を気体と液体とに分離する気液分離器と、を備え、前記気液分離器において分離された前記液体を前記エンジンへ導入するとともに、前記気液分離器において分離された前記気体を膨張器へ導入することを特徴とする廃熱回収装置である。

これにより、エンジンオイルと熱交換した冷媒を気液分離して、液体の冷媒をエンジンの冷却に使用し、気化した冷媒を膨張器の動力として使用することができる。よって、冷媒によりエンジン及びエンジンオイルを冷却することができることに加え、エンジンオイルの熱エネルギーを効率よく利用することができる。

上記構成において、前記オイルクーラーは、前記オイルタンクの内部に配置される構成とすることができる。

上記構成において、前記オイルクーラーは、前記オイルタンクの外部に配置される構成とすることができる。

本構成によれば、冷媒によりエンジン及びエンジンオイルを冷却することができることに加え、エンジンオイルの熱エネルギーを効率よく利用することができる。

図１は、実施例１に係る廃熱回収装置１００の模式図である。 図２は、実施例１に係るオイルクーラー９０及びオイルパン８０の構成の一例を示す模式図である。 図３は、実施例１に係るオイルクーラー９０及びオイルパン８０の構成の一例を示す模式図である。

以下に、図面を用いて、本発明の実施例について詳細に説明する。

図１を参照して、実施例１に係る廃熱回収装置１００の構造を説明する。図１は廃熱回収装置１００の模式図である。

図１に示すように、廃熱回収装置１００は、エンジン１０と、冷媒通路２０と、気液分離器３０と、ノズル４０と、膨張器５０と、凝縮器６０と、ポンプ７０と、オイルパン８０と、オイルクーラー９０と、を有する。図１中の冷媒通路２０内及び気液分離器３０内の斜線は液相の冷媒を示し、オイルパン８０内の斜線はエンジンオイルを示す。エンジン１０は、冷媒通路２０を流通する冷媒がエンジン１０の熱により気化するときの気化潜熱によって冷却される沸騰冷却エンジンである。オイルパン８０は、エンジン１０の下部に組みつけられ、内部にエンジンオイルを蓄える。凝縮器６０は、気化した冷媒を冷却して凝縮させる。オイルクーラー９０は、凝縮器６０により凝縮された冷媒が流通して、冷媒とエンジンオイルとの熱交換を行う。気液分離器３０は、オイルクーラーにおける熱交換に使われた冷媒、及び、冷媒通路２０においてエンジン１０との熱交換に使われた冷媒を、気体と液体とに分離する。ノズル４０は、気液分離器３０から排出された気体の冷媒の流速を増すための絞り通路である。膨張器５０は、内部に動翼を有し、ノズル４０により加速された冷媒によって、動翼が回転する。

次に、図１を参照して、冷媒の流通経路に沿って、廃熱回収装置１００のランキンサイクルの動作を説明する。図１において、実線矢印は液体の冷媒の流れを示し、破線矢印は気化した冷媒の流れを示している。

まず、エンジン１０の熱により、冷媒通路２０を流通する冷媒が気化する。エンジン１０は、冷媒が気化するときの気化潜熱によって冷却される。冷媒通路２０から排出された冷媒は、気液分離器３０に送られる。気体の冷媒はノズル４０へ送られる。気体から液体に戻った冷媒がある場合、気液分離器３０により気体と液体とに分離され、分離された液体の冷媒は気液分離器３０に蓄えられる。ノズル４０を通って加速された冷媒は、膨張器５０の動翼を回転させる。これにより得られた動力は、例えば、電力や直接動力として回収される。膨張器５０の動力として使われた冷媒は、凝縮器６０により冷却されて凝縮される。

凝縮器６０により凝縮された冷媒は、ポンプ７０を介して、オイルパン８０内のオイルクーラー９０に送られる。冷媒が流通するオイルクーラー９０において、冷媒とエンジンオイルとの熱交換によりエンジンオイルの熱エネルギーが冷媒に伝達され、オイルパン８０内のエンジンオイルが冷却される。このとき、エンジンオイルの温度が高いと、冷媒が気化する場合がある。そのため、オイルクーラー９０から排出される冷媒は、気体と液体とが混在する場合がある。

オイルクーラー９０から排出された冷媒は、気液分離器３０に送られて、気体と液体とに分離される。分離された気体である蒸気はノズル４０へ送られ、分離された液体は気液分離器３０に蓄えられる。

実施例１によれば、エンジンオイルと熱交換した冷媒を気液分離器３０により気液分離して、液体の冷媒をエンジンの冷却に使用することができる。エンジンオイルと熱交換した冷媒はエンジンオイルから得た熱エネルギーにより温度が上昇する。そのため、エンジンオイルと熱交換した冷媒を気液分離器３０へ送ることにより、気液分離器３０に蓄えられた冷媒と冷媒通路２０を流通する冷媒の温度とを上昇させることができる。これにより、冷媒はより早く気化するため、エンジン１０をより早く沸騰冷却することができる。

また、実施例１によれば、エンジンオイルと熱交換した冷媒を気液分離器３０により気液分離して、気化した冷媒を膨張器５０の動力として使用することができるため、膨張器５０の動力となる蒸気の発生量を増加させることができる。よって、気化した冷媒の熱エネルギー、すなわち、エンジンオイルの熱エネルギーを効率よく利用することができる。これに対して、エンジンオイルと熱交換した冷媒を気液分離せずに直接エンジン１０に送る場合、気体状態の冷媒の顕熱しか利用できないため、気化した冷媒の熱エネルギーを有効に活用することができない。また、膨張器５０の動力となる蒸気の発生量を増加させることもできない。

実施例１において、図１に示すように、オイルクーラー９０は、オイルパン８０の内部に配置される例を説明した。図１におけるオイルクーラー９０及びオイルパン８０の構成をより詳細に示したのが図２である。図２は、オイルクーラー９０及びオイルパン８０の構成の一例を示す模式図である。図２のように、オイルクーラー９０は、オイルパン８０の内部に配置され、オイルクーラー９０の周りにエンジンオイルが存在する。図２中の矢印に示すように、凝縮器６０から排出された冷媒は、オイルクーラー９０を流通して、エンジンオイルと熱交換を行って、気液分離器３０に送られる。図２とは逆に、オイルクーラー９０は、オイルパン８０の外部に配置されてもよい。その構成を詳細に示したのが図３である。図３は、図２と異なるオイルクーラー９０及びオイルパン８０の構成の一例を示す模式図である。図３のように、オイルクーラー９０は、オイルパン８０の外部に配置され、エンジンオイルが流れるパイプ９２の周りに冷媒が存在する。図３中の矢印に示すように、凝縮器６０から排出された冷媒は、オイルクーラー９０を流通して、エンジンオイルと熱交換を行って、気液分離器３０に送られる。

実施例１において、エンジン１０の下部に組みつけられるオイルパン８０を説明した。オイルパン８０はオイルタンクの一例である。実施例１において、オイルパン８０の代わりに、エンジン１０と別体のオイルタンクを用いてもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ エンジン
２０ 冷媒通路
３０ 気液分離器
４０ ノズル
５０ 膨張器
６０ 凝縮器
７０ ポンプ
８０ オイルパン
９０ オイルクーラー
１００ 廃熱回収装置

Claims (3)

1. エンジンオイルを蓄えるオイルタンクと、
   エンジンを冷却することにより気化した冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   前記凝縮器により凝縮された前記冷媒が流通して、前記冷媒と前記エンジンオイルとの熱交換を行うオイルクーラーと、
   前記オイルクーラーにおける熱交換に用いられた前記冷媒を気体と液体とに分離する気液分離器と、
   を備え、前記気液分離器において分離された前記液体を前記エンジンへ導入するとともに、前記気液分離器において分離された前記気体を膨張器へ導入することを特徴とする廃熱回収装置。
2. 前記オイルクーラーは、前記オイルタンクの内部に配置されることを特徴とする請求項１記載の廃熱回収装置。
3. 前記オイルクーラーは、前記オイルタンクの外部に配置されることを特徴とする請求項１記載の廃熱回収装置。

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