JP2011132922A - Waste heat recovery device - Google Patents

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Hideo Kobayashi
日出夫 小林
Masahide Ishikawa
雅英 石川
Toshihisa Sugiyama
敏久 杉山
Kenichi Yamada
賢一 山田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize early warming up of an engine for quickly starting waste heat recovery and improving fuel economy. <P>SOLUTION: The waste heat recovery device 100 includes an engine body 1 which is cooled by boiling of a cooling medium inside, an overheat evaporator 7 which performs heat exchange between the cooling medium flowing from the engine body 1 side through a cooling medium supply passage 3 and the exhaust air exhausted from the engine body 1, and a turbine part 9 which recovers energy from the vaporized cooling medium which passes through the overheat evaporator 7. The waste heat recovery device 100 further includes a cooling medium recovery passage 10 which recirculates the cooling medium from which the energy is recovered by the turbine part 9 to the engine body 1 side. A solenoid valve 14 is arranged in the cooling medium supply passage 3, and a unidirectional valve 15 is arranged in the cooling medium recovery passage 10. The waste heat recovery device 100 is divided into the engine body 1 and the overheat evaporator 7 by the solenoid valve 14 and the unidirectional valve 15 during warming up of the engine body 1. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、廃熱回収装置に関する。   The present invention relates to a waste heat recovery apparatus.

従来、ランキンサイクルを利用して内燃機関(エンジン)の稼動に伴う廃熱を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て沸騰冷却を行うようにし、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(衝動タービン)を駆動して、その蒸気の持つ熱エネルギを電気エネルギ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, a waste heat recovery apparatus that recovers waste heat associated with operation of an internal combustion engine (engine) using a Rankine cycle is known. In such a waste heat recovery device, for example, boiling cooling is performed by using a water cooling cooling system of the engine as a closed structure, and an expander (impulsive turbine) is driven by cooling water vaporized by waste heat in the engine, that is, steam. In some cases, the heat energy of the steam is converted into electric energy and recovered. For example, Patent Document 1 discloses an improved version of such a waste heat recovery apparatus.

特開2009−103060号公報JP 2009-103060 A

ところで、エンジンの沸騰冷却を行うべく、エンジン本体を含む廃熱回収装置内部の冷却水通路は密閉されている。この密閉された冷却水通路内部は、冷間始動時において低圧状態となる。低圧状態であると、飽和温度が低くなり(例えば10kPaABS程度で46℃程度)、低温であるにも拘らず冷却水の沸騰が開始されてしまう。すなわち、暖機が完了していないにも拘らず沸騰冷却が開始されてしまう。さらに、廃熱回収装置が備えるコンデンサに流入した蒸気は、低温であるにも拘らずさらに冷却されてしまう。これでは、エンジンの廃熱を大気へ放出してしまうことになり、エンジンの暖機がなかなか進行しない。エンジンの暖機が進行しないと燃費が悪化するし、触媒暖機も遅れる。また、エンジンの暖機が進行して冷却水路内の温度が上昇することにより冷却水路内の圧力が上昇する。従って、冷却水路内の温度上昇の遅れに伴い冷却水路内の圧力上昇が遅れればランキンサイクルの稼動が遅れることになる。ランキンサイクルの稼動が遅れれば、廃熱回収効率も低下してしまう。   By the way, in order to perform boiling cooling of the engine, the cooling water passage inside the waste heat recovery apparatus including the engine body is sealed. The inside of the sealed cooling water passage is in a low pressure state at the time of cold start. In the low pressure state, the saturation temperature becomes low (for example, about 10 kPa ABS and about 46 ° C.), and the boiling of the cooling water starts even though the temperature is low. That is, although the warm-up has not been completed, boiling cooling is started. Further, the steam flowing into the condenser provided in the waste heat recovery device is further cooled despite the low temperature. In this case, the waste heat of the engine is released to the atmosphere, and the engine does not warm up easily. If engine warm-up does not proceed, fuel consumption will deteriorate and catalyst warm-up will also be delayed. Further, as the engine warms up and the temperature in the cooling water passage rises, the pressure in the cooling water passage rises. Accordingly, the operation of the Rankine cycle is delayed if the pressure rise in the cooling water passage is delayed with the delay in the temperature rise in the cooling water passage. If the operation of the Rankine cycle is delayed, the waste heat recovery efficiency will also decrease.

そこで、本明細書開示の廃熱回収装置は、速やかな廃熱回収の開始及び燃費性能の向上のためのエンジンの早期暖機を課題とする。   Therefore, the waste heat recovery apparatus disclosed in this specification has a problem of promptly starting the recovery of waste heat and early warming up of the engine for improving fuel efficiency.

かかる課題を解決するために、本明細書開示の廃熱回収装置は、内部で冷却媒体が沸騰することにより冷却されるエンジン本体と、当該エンジン本体側から冷却媒体供給路を通じて流入する前記冷却媒体と前記エンジン本体が排出する排気との間の熱交換を行う熱交換部と、当該熱交換部を通過した蒸気化した前記冷却媒体からエネルギを回収するエネルギ回収部と、当該エネルギ回収部においてエネルギを回収された後の前記冷却媒体を前記エンジン本体側へ再循環させる冷却媒体回収路と、前記冷却媒体供給路に配設された第1遮断手段と、前記冷却媒体回収路に配設された第2遮断手段と、を備え、前記エンジン本体の暖機時に、前記第1遮断手段と前記第2遮断手段とにより、前記エンジン本体と前記熱交換部とを分断することを特徴としている。   In order to solve this problem, the waste heat recovery apparatus disclosed in the present specification includes an engine body that is cooled by boiling a cooling medium therein, and the cooling medium that flows from the engine body side through the cooling medium supply path. A heat exchange part that exchanges heat between the engine and the exhaust discharged from the engine body, an energy recovery part that recovers energy from the vaporized cooling medium that has passed through the heat exchange part, and an energy recovery part The cooling medium recovery path for recirculating the cooling medium after being recovered to the engine body side, the first blocking means provided in the cooling medium supply path, and the cooling medium recovery path A second shut-off means, and the engine main body and the heat exchanging section are separated by the first shut-off means and the second shut-off means when the engine main body is warmed up. It is set to.

このような廃熱回収装置は、暖機時にエンジン本体側だけで冷却媒体を循環させるので、早期暖機完了を図ることができる。また、エンジン本体の早期暖機に伴い廃熱回収装置内部の冷却媒体の圧力を早期に上昇させることができる。冷却媒体の圧力を上昇させることにより、飽和温度が上昇し、暖機完了前の沸騰冷却状態を抑制することができる。沸騰冷却が抑制されることにより、暖機完了が早まる。また、冷却媒体の温度、圧力が早期に上昇することにより、早期にエネルギ回収できる状態となり、廃熱回収の効率が向上する。さらに、エンジン本体の早期暖機完了により、早期にフリクション低減が実現される。これにより、燃費性能の向上が図られる。   Such a waste heat recovery apparatus circulates the cooling medium only on the engine body side at the time of warming up, so that early warming up can be completed. Further, the pressure of the cooling medium inside the waste heat recovery device can be increased early as the engine body warms up early. By raising the pressure of the cooling medium, the saturation temperature rises, and the boiling cooling state before the completion of warm-up can be suppressed. By suppressing boiling cooling, warm-up completion is accelerated. Further, when the temperature and pressure of the cooling medium rise early, energy can be recovered quickly, and the efficiency of waste heat recovery is improved. Furthermore, the friction reduction is realized at an early stage by completing the early warm-up of the engine body. As a result, fuel efficiency is improved.

このような廃熱回収装置において、前記冷却媒体供給路に気液分離器を配設することができる。そして、前記第1遮断手段は、前記熱交換部と前記気液分離器との間に配設することができる。これにより、暖機時において、気液分離器がエンジン本体側の冷却媒体循環回路に組み込まれる。   In such a waste heat recovery apparatus, a gas-liquid separator can be disposed in the cooling medium supply path. And the said 1st interruption | blocking means can be arrange | positioned between the said heat exchange part and the said gas-liquid separator. As a result, the gas-liquid separator is incorporated into the coolant circulation circuit on the engine body side during warm-up.

また、このような廃熱回収装置において、前記第1遮断手段の上流側の前記冷却媒体の温度及び/又は圧力が所定値以上のときに前記第1遮断手段を開放して前記エンジン本体側から前記熱交換部側への前記冷却媒体の流通を許容する制御部を備えた構成とすることができる。   Further, in such a waste heat recovery apparatus, when the temperature and / or pressure of the cooling medium upstream of the first shut-off means is equal to or higher than a predetermined value, the first shut-off means is opened from the engine body side. It can be set as the structure provided with the control part which accept | permits the distribution | circulation of the said cooling medium to the said heat exchange part side.

これにより、温度や圧力が低くエネルギ回収部における効率的な廃熱回収ができない状態の冷却媒体のエネルギ回収部への流入が遮断される。この結果、暖機時における効率的な廃熱回収に寄与することができない状態の冷却媒体による熱の持ち去りが抑制されるため、早期に効率的な廃熱回収が可能な状態とすることができる。これにより、効率的な廃熱回収を行うことができる。   Thereby, inflow of the cooling medium in a state where temperature and pressure are low and efficient waste heat recovery in the energy recovery unit cannot be performed is blocked. As a result, the removal of heat by the cooling medium that cannot contribute to efficient waste heat recovery at the time of warm-up is suppressed, so that efficient waste heat recovery can be achieved early. it can. Thereby, efficient waste heat recovery can be performed.

このような廃熱回収装置において、前記第2遮断手段は、前記熱交換部側から前記エンジン本体側への前記冷却媒体の流通を許容し、前記エンジン本体側から前記熱交換部側への前記冷却媒体の流通を遮断する一方弁とすることができる。廃熱回収装置の内部には、冷却媒体の経路がループ状に形成されている。第2遮断手段は、ループ状の冷却媒体の経路を有する廃熱回収装置において、第1遮断手段とともに、エンジン本体側と熱交換部側とを分断するものである。ここで、冷却媒体の流通方向は一定方向であるので、冷却媒体の逆流を回避する手段として一方弁を用いることができる。冷却媒体を圧送するポンプとして逆流防止機能を有するベーン式のポンプを採用し、冷却媒体の逆流を回避するようにしてもよい。   In such a waste heat recovery apparatus, the second blocking means allows the cooling medium to flow from the heat exchange part side to the engine body side, and the engine body side to the heat exchange part side. It can be a one-way valve that blocks the flow of the cooling medium. Inside the waste heat recovery apparatus, a path for the cooling medium is formed in a loop shape. In the waste heat recovery apparatus having a loop-shaped cooling medium path, the second blocking means divides the engine body side and the heat exchanging portion side together with the first blocking means. Here, since the flow direction of the cooling medium is a fixed direction, a one-way valve can be used as means for avoiding the back flow of the cooling medium. A vane-type pump having a backflow prevention function may be employed as a pump for pumping the cooling medium to avoid backflow of the cooling medium.

本明細書開示の廃熱回収装置によれば、エンジンの早期暖機を行い、速やかな廃熱回収の開始及び燃費性能の向上を図ることができる。   According to the waste heat recovery apparatus disclosed in the present specification, it is possible to warm up the engine early, to quickly start waste heat recovery and to improve fuel efficiency.

図1は、実施例の廃熱回収装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a waste heat recovery apparatus according to an embodiment. 図2は、実施例の廃熱回収装置の制御の一例を示すフロー図である。FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of control of the waste heat recovery apparatus according to the embodiment.

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

廃熱回収装置100の概略構成について図1を参照しつつ説明する。廃熱回収装置100は、内部で冷却媒体が沸騰することにより冷却されるエンジン本体1を備えている。エンジン本体1は、シリンダブロック1aとシリンダヘッド1bを備える。シリンダブロック1a及びシリンダヘッド1b内にはウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケット内の冷却媒体が沸騰することによってエンジン本体1の冷却が行われる。エンジン本体1は、さらに、排気管2を備える。排気管には排気触媒が組み込まれている。エンジン本体1のシリンダヘッド1bには、冷却媒体供給路3の一端が接続されている。冷却媒体供給路3には、エンジン本体1で温められた冷却媒体が流入する。   A schematic configuration of the waste heat recovery apparatus 100 will be described with reference to FIG. The waste heat recovery apparatus 100 includes an engine body 1 that is cooled by boiling a cooling medium therein. The engine body 1 includes a cylinder block 1a and a cylinder head 1b. A water jacket is formed in the cylinder block 1a and the cylinder head 1b, and the engine body 1 is cooled by boiling the cooling medium in the water jacket. The engine body 1 further includes an exhaust pipe 2. An exhaust catalyst is incorporated in the exhaust pipe. One end of a cooling medium supply path 3 is connected to the cylinder head 1 b of the engine body 1. The cooling medium warmed by the engine body 1 flows into the cooling medium supply path 3.

冷却媒体供給路3には、気液分離器4が配設されている。エンジン本体1側から気液混合状態で気液分離器4に流入した冷却媒体は、気液分離器4内で気相と液相とに分離される。気液分離器4の下端部には、冷却媒体循環路5の一端が接続されている。この冷却媒体循環路5の他端はシリンダブロック1aに接続されている。また、冷却媒体循環路5には、エンジン本体1内に液状の冷却媒体を圧送する第1ウォーターポンプ6が配設されている。この第1ウォーターポンプ6は、いわゆるメカ式であり、エンジン本体1が備えるクランクシャフトを駆動源としている。   A gas-liquid separator 4 is disposed in the cooling medium supply path 3. The cooling medium flowing into the gas-liquid separator 4 from the engine body 1 side in the gas-liquid mixed state is separated into a gas phase and a liquid phase in the gas-liquid separator 4. One end of the coolant circulation path 5 is connected to the lower end of the gas-liquid separator 4. The other end of the cooling medium circulation path 5 is connected to the cylinder block 1a. The cooling medium circulation path 5 is provided with a first water pump 6 that pumps a liquid cooling medium into the engine body 1. The first water pump 6 is a so-called mechanical type, and uses a crankshaft provided in the engine body 1 as a drive source.

冷却媒体供給路3の他端は、熱交換部に相当する過熱蒸発器7に接続されている。過熱蒸発器7は、下側に蒸発部7aを備え、その上側に過熱部7bを備えている。冷却媒体供給路3は、蒸発部7aに接続されている。過熱蒸発器7には、排気管2が引き込まれている。排気管2は、その内部を流通する排気が過熱部7b、蒸発部7aの順に通過するように過熱蒸発器7を貫通している。これにより、過熱蒸発器7は、エンジン本体1側から冷却媒体供給路3を通じて流入する冷却媒体とエンジン本体1が排出する排気との熱交換を行う。これにより、蒸気発生量が増大すると共に、蒸気の過熱度が向上し、廃熱回収効率が向上する。過熱部7bの上端部には、蒸気排出管7cが設けられている。   The other end of the cooling medium supply path 3 is connected to a superheat evaporator 7 corresponding to a heat exchange unit. The superheat evaporator 7 is provided with an evaporator 7a on the lower side and an overheater 7b on the upper side. The cooling medium supply path 3 is connected to the evaporation unit 7a. The exhaust pipe 2 is drawn into the superheated evaporator 7. The exhaust pipe 2 passes through the superheated evaporator 7 so that the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 2 passes through the superheated portion 7b and the evaporator 7a in this order. Thus, the superheat evaporator 7 performs heat exchange between the cooling medium flowing from the engine body 1 side through the cooling medium supply path 3 and the exhaust discharged from the engine body 1. Thereby, while generating amount of steam increases, the superheat degree of steam improves and waste heat recovery efficiency improves. A steam discharge pipe 7c is provided at the upper end of the superheated part 7b.

過熱蒸発器7の下流には、過熱蒸発器7を通過した蒸気化した冷却媒体からエネルギを回収するエネルギ回収部に相当するタービン部9が配設されている。タービン部は、衝動タービンを備えており、蒸気排出管7cの先端部に設けられたノズル9aから噴射された蒸気によって駆動される。衝動タービンの回転力は、エンジン本体1が備えるクランクシャフトの回転を補助したり、発電機の駆動に用いる。これにより、廃熱の回収が行われる。   A turbine section 9 corresponding to an energy recovery section that recovers energy from the vaporized cooling medium that has passed through the superheat evaporator 7 is disposed downstream of the superheat evaporator 7. The turbine unit includes an impulse turbine, and is driven by steam injected from a nozzle 9a provided at the tip of the steam discharge pipe 7c. The rotational force of the impulse turbine is used to assist the rotation of the crankshaft included in the engine body 1 or to drive the generator. Thereby, recovery of waste heat is performed.

タービン部9の下流側には、タービン部9においてエネルギを回収された後の冷却媒体をエンジン本体側へ再循環させる冷却媒体回収路10が設けられている。冷却媒体回収路10の一端は、タービン部9に接続されている。冷却媒体回収路10の他端は、冷却媒体循環路5の第1ウォーターポンプ6の上流側に接続されている。冷却媒体回収路10には、コンデンサ11が配設されている。コンデンサ11は、蒸気化している冷却媒体を冷却して凝縮し、冷却媒体を液状に戻す。コンデンサ11の下端部には、第1凝縮タンク11aが設けられており、凝縮された冷却媒体が一旦貯留される。冷却媒体回収路10のコンデンサ11の下流側には、第2凝縮タンク12が配設されている。第2凝縮タンク12には、一旦第1凝縮タンク11aに貯留された液状の冷却媒体が貯留される。   A cooling medium recovery path 10 is provided on the downstream side of the turbine unit 9 to recirculate the cooling medium after energy is recovered in the turbine unit 9 to the engine body side. One end of the cooling medium recovery path 10 is connected to the turbine unit 9. The other end of the cooling medium recovery path 10 is connected to the upstream side of the first water pump 6 in the cooling medium circulation path 5. A condenser 11 is disposed in the cooling medium recovery path 10. The condenser 11 cools and condenses the vaporized cooling medium, and returns the cooling medium to a liquid state. A first condensing tank 11a is provided at the lower end of the condenser 11, and the condensed cooling medium is temporarily stored. A second condensing tank 12 is disposed downstream of the condenser 11 in the cooling medium recovery path 10. The second condensing tank 12 stores the liquid cooling medium once stored in the first condensing tank 11a.

冷却媒体回収路10の第2凝縮タンク12の下流には第2ウォータポンプ13が配設されている。この第2ウォータポンプ13は、電気式のポンプとなっている。第2ウォータポンプ13が稼動状態となると、第2凝縮タンク12内の冷却媒体を冷却媒体循環路5へ供給する。   A second water pump 13 is disposed downstream of the second condensing tank 12 in the cooling medium recovery path 10. The second water pump 13 is an electric pump. When the second water pump 13 is activated, the cooling medium in the second condensing tank 12 is supplied to the cooling medium circulation path 5.

以上のように、廃熱回収装置100は、冷却媒体が循環する経路を備えている。そして、廃熱回収装置100は、冷却媒体供給路3に配設された第1遮断手段に相当する電磁弁14を備えている。電磁弁14は、具体的には、気液分離器4と過熱蒸発器7との間に配設されている。   As described above, the waste heat recovery apparatus 100 includes a path through which the cooling medium circulates. The waste heat recovery apparatus 100 includes an electromagnetic valve 14 corresponding to the first shut-off means disposed in the cooling medium supply path 3. Specifically, the electromagnetic valve 14 is disposed between the gas-liquid separator 4 and the superheated evaporator 7.

また、廃熱回収装置100は、冷却媒体回収路10の第2ウォータポンプ13の下流に配設された第2遮断手段に相当する一方弁15を備えている。廃熱回収装置100は、気液分離器4内に圧力センサ17と温度センサ18を備えている。圧力センサ17は、電磁弁14の上流側、すなわち、電磁弁14よりもエンジン本体1に近い側の冷却媒体の圧力を測定する。温度センサ18は、電磁弁14の上流側、すなわち、電磁弁14よりもエンジン本体1に近い側の冷却媒体の温度を測定する。気液分離器4内にはフロート式の液面センサ19が設けられている。廃熱回収装置100は、制御部に相当するECU(Electronic control unit)20を備えている。ECU20は、第2ウォータポンプ13、電磁弁14とそれぞれ電気的に接続されている。また、ECU20は、圧力センサ17、温度センサ18、液面センサ19と電気的に接続されている。   In addition, the waste heat recovery apparatus 100 includes a one-way valve 15 that corresponds to a second shut-off unit disposed downstream of the second water pump 13 in the cooling medium recovery path 10. The waste heat recovery apparatus 100 includes a pressure sensor 17 and a temperature sensor 18 in the gas-liquid separator 4. The pressure sensor 17 measures the pressure of the coolant on the upstream side of the electromagnetic valve 14, that is, on the side closer to the engine body 1 than the electromagnetic valve 14. The temperature sensor 18 measures the temperature of the coolant on the upstream side of the electromagnetic valve 14, that is, on the side closer to the engine body 1 than the electromagnetic valve 14. A float type liquid level sensor 19 is provided in the gas-liquid separator 4. The waste heat recovery apparatus 100 includes an ECU (Electronic control unit) 20 corresponding to a control unit. The ECU 20 is electrically connected to the second water pump 13 and the electromagnetic valve 14, respectively. The ECU 20 is electrically connected to the pressure sensor 17, the temperature sensor 18, and the liquid level sensor 19.

第2ウォータポンプ13は、ECU20によって駆動制御される。具体的には、液面センサ19により、気液分離器4内の冷却媒体の液面が低下したときに、ECU20により駆動指令が出され、第2凝縮タンク12から液状の冷却媒体をエンジン本体1側へ圧送する。これにより、エンジン本体1内において液相の冷却媒体が不足する事態を回避することができる。   The second water pump 13 is driven and controlled by the ECU 20. Specifically, when the liquid level of the cooling medium in the gas-liquid separator 4 is lowered by the liquid level sensor 19, a drive command is issued by the ECU 20, and the liquid cooling medium is supplied from the second condensation tank 12 to the engine body. Pump to 1 side. Thereby, it is possible to avoid a situation where the liquid-phase cooling medium is insufficient in the engine body 1.

電磁弁14は、ECU20によって開閉制御される。具体的には、冷却媒体の温度及び/又は圧力が所定値以上のときに電磁弁14を開放してエンジン本体1側から過熱蒸発器7側への冷却媒体の流通を許容する。   The electromagnetic valve 14 is controlled to be opened and closed by the ECU 20. Specifically, when the temperature and / or pressure of the cooling medium is equal to or higher than a predetermined value, the electromagnetic valve 14 is opened to allow the cooling medium to flow from the engine body 1 side to the superheated evaporator 7 side.

一方弁15は、過熱蒸発器7側からエンジン本体1側への冷却媒体の流通を許容し、エンジン本体1側から過熱蒸発器7側への冷却媒体の流通を遮断する。すなわち、第2ウォータポンプ13が稼動したときに、過熱蒸発器7側からエンジン本体1側への冷却媒体の流通のみを許容する。従って、第2ウォータポンプ13がECU20から稼動指令を受けない限り、一方弁15は、冷却媒体回収路10を分断した状態とする。   On the other hand, the valve 15 allows the cooling medium to flow from the superheated evaporator 7 side to the engine main body 1 side, and blocks the flow of the cooling medium from the engine main body 1 side to the superheated evaporator 7 side. That is, when the second water pump 13 is operated, only the flow of the cooling medium from the superheated evaporator 7 side to the engine body 1 side is allowed. Therefore, unless the second water pump 13 receives an operation command from the ECU 20, the one-way valve 15 is in a state in which the cooling medium recovery path 10 is divided.

廃熱回収装置100は、エンジン本体1の暖機時に、このような電磁弁14と一方弁15とによって、エンジン本体1と過熱蒸発器7とを分断する。これにより、エンジン本体1の暖機時に、密閉された回路が形成される。エンジン本体1の暖機時において、冷却媒体は、密閉された回路、すなわち、第1ウォーターポンプ6、シリンダブロック1a、シリンダヘッド1b、気液分離器4、そして、再び第1ウォーターポンプ6という閉じた回路内を循環する。これにより、エンジン本体1が発する熱によって素早く冷却媒体が昇温し、早期に暖機が完了する。また、密閉された回路内の圧力が上昇するので冷却媒体の飽和温度が上昇する。そして、エンジン本体1内での冷却媒体の沸騰が抑制される。この結果、暖機が完了していない状態における冷却が回避される。エンジン本体1の早期暖機完了により、早期にフリクション低減が実現される。これにより、燃費性能の向上が図られる。   The waste heat recovery apparatus 100 divides the engine body 1 and the superheated evaporator 7 by the electromagnetic valve 14 and the one-way valve 15 when the engine body 1 is warmed up. Thereby, a sealed circuit is formed when the engine body 1 is warmed up. When the engine body 1 is warmed up, the cooling medium is closed in a sealed circuit, that is, the first water pump 6, the cylinder block 1 a, the cylinder head 1 b, the gas-liquid separator 4, and the first water pump 6 again. Circulate in the circuit. As a result, the temperature of the cooling medium is quickly raised by the heat generated by the engine body 1, and warm-up is completed early. Moreover, since the pressure in the sealed circuit increases, the saturation temperature of the cooling medium increases. And the boiling of the cooling medium in the engine main body 1 is suppressed. As a result, cooling in a state where warm-up has not been completed is avoided. By completing the warm-up of the engine body 1 at an early stage, friction reduction is realized at an early stage. As a result, fuel efficiency is improved.

また、過熱蒸発器7側への冷却媒体の流入が回避されるので、排気管2内を流通する排気の温度低下も回避される。この結果、排気触媒の早期暖機も図られる。   Moreover, since the inflow of the cooling medium to the superheated evaporator 7 side is avoided, the temperature drop of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 2 is also avoided. As a result, the exhaust catalyst can be warmed up early.

さらに、コンデンサ11への冷却媒体の流入も回避されるので、暖機時におけるコンデンサ11からの熱の大気放出も回避される。   Furthermore, since the inflow of the cooling medium to the condenser 11 is also avoided, the release of heat from the condenser 11 during warm-up is also avoided.

早期に暖機が完了し、早期に冷却媒体がタービン部9を駆動できる状態に到達することで、廃熱回収効率も向上する。   Warm-up is completed early and the cooling medium reaches a state in which the cooling medium can drive the turbine unit 9 at an early stage, thereby improving the waste heat recovery efficiency.

つぎに、このような廃熱回収装置100の制御の一例につき、図2に示すフロー図を参照しつつ説明する。   Next, an example of the control of the waste heat recovery apparatus 100 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

ECU20は、エンジン本体1が始動すると、圧力センサ17、温度センサ18からデータを取得し、暖機完了状態にあるか否かを判断する。具体的には、ステップS1において、圧力センサ17による圧力測定値Pが予め定めた圧力値P0以上であるか否かを判断する。ステップS1においてYESと判断したときは、ステップS3へ進む。ステップS3では、ECU20は、電磁弁14に開指令を発する。一方、ステップS1においてNOと判断したときは、ステップS2へ進む。ステップS2では、温度センサ17による温度測定値Tが予め定めた温度値T0以上であるか否かを判断するステップS2でYESと判断したときは、ステップS3へ進む。ステップS3では、前記のように、ECU20は、電磁弁14に開指令を発する。一方、ステップS2においてNOと判断したときは、再びステップS1からのステップを繰り返す。   When the engine body 1 is started, the ECU 20 acquires data from the pressure sensor 17 and the temperature sensor 18 and determines whether or not the engine is in a warm-up completion state. Specifically, in step S1, it is determined whether or not the pressure measurement value P by the pressure sensor 17 is equal to or greater than a predetermined pressure value P0. If YES is determined in step S1, the process proceeds to step S3. In step S <b> 3, the ECU 20 issues an open command to the electromagnetic valve 14. On the other hand, if NO is determined in step S1, the process proceeds to step S2. If it is determined in step S2 that the temperature measurement value T measured by the temperature sensor 17 is equal to or higher than the predetermined temperature value T0 in step S2, the process proceeds to step S3. In step S3, as described above, the ECU 20 issues an open command to the electromagnetic valve 14. On the other hand, when NO is determined in step S2, the steps from step S1 are repeated again.

ここで、予め定めた圧力値P0、温度値T0は、いずれも暖機完了を判断するための閾値として設定されている。本実施例では、冷却媒体の圧力又は温度が所定の値以上となった場合に暖機完了と判断している。圧力値と温度値の双方が所定値以上となったときに暖機完了と判断するようにしてもよい。また、圧力センサと温度センサのいずれかのみを装備して、そのセンサにより取得されたデータに基づいて暖機完了を判断するようにしてもよい。   Here, the predetermined pressure value P0 and temperature value T0 are both set as threshold values for determining the completion of warm-up. In this embodiment, it is determined that the warm-up has been completed when the pressure or temperature of the cooling medium is equal to or higher than a predetermined value. It may be determined that the warm-up is complete when both the pressure value and the temperature value are equal to or greater than a predetermined value. Alternatively, only one of the pressure sensor and the temperature sensor may be provided, and the completion of warm-up may be determined based on data acquired by the sensor.

以上説明したように本実施例の廃熱回収装置100によれば、エンジンの早期暖機を行い、速やかな廃熱回収の開始及び燃費性能の向上を図ることができる。   As described above, according to the waste heat recovery apparatus 100 of the present embodiment, it is possible to warm up the engine early, to quickly start the recovery of waste heat and to improve fuel efficiency.

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.

1…エンジン本体
1a…シリンダブロック
1b…シリンダヘッド
2…排気管
3…冷却媒体供給路
4…気液分離器
5…冷却媒体循環路
6…第1ウォータポンプ(W/P)
7…過熱蒸発器(熱交換部)
7a…蒸発部
7b…過熱部
9…タービン部(エネルギ回収部)
10…冷却媒体回収路
11…コンデンサ
11a…第1凝縮タンク
12…第2凝縮タンク
13…第2ウォータポンプ(W/P)
14…電磁弁(第1遮断手段)
15…一方弁(第2遮断手段)
17…圧力センサ
18…温度センサ
19…液面センサ
20…ECU(制御部)
100…廃熱回収装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine main body 1a ... Cylinder block 1b ... Cylinder head 2 ... Exhaust pipe 3 ... Cooling medium supply path 4 ... Gas-liquid separator 5 ... Cooling medium circulation path 6 ... 1st water pump (W / P)
7 ... Superheated evaporator (heat exchanger)
7a ... evaporation part 7b ... superheat part 9 ... turbine part (energy recovery part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Cooling medium collection | recovery path 11 ... Condenser 11a ... 1st condensation tank 12 ... 2nd condensation tank 13 ... 2nd water pump (W / P)
14 ... Solenoid valve (first blocking means)
15 ... One-way valve (second shut-off means)
17 ... Pressure sensor 18 ... Temperature sensor 19 ... Liquid level sensor 20 ... ECU (control unit)
100 ... Waste heat recovery device

Claims (4)

内部で冷却媒体が沸騰することにより冷却されるエンジン本体と、
当該エンジン本体側から冷却媒体供給路を通じて流入する前記冷却媒体と前記エンジン本体が排出する排気との間の熱交換を行う熱交換部と、
当該熱交換部を通過した蒸気化した前記冷却媒体からエネルギを回収するエネルギ回収部と、
当該エネルギ回収部においてエネルギを回収された後の前記冷却媒体を前記エンジン本体側へ再循環させる冷却媒体回収路と、
前記冷却媒体供給路に配設された第1遮断手段と、
前記冷却媒体回収路に配設された第2遮断手段と、
を備え、
前記エンジン本体の暖機時に、前記第1遮断手段と前記第2遮断手段とにより、前記エンジン本体と前記熱交換部とを分断することを特徴とした廃熱回収装置。
An engine body cooled by boiling the cooling medium inside,
A heat exchanging unit that performs heat exchange between the cooling medium flowing in from the engine body through the cooling medium supply path and the exhaust discharged from the engine body;
An energy recovery unit that recovers energy from the vaporized cooling medium that has passed through the heat exchange unit;
A cooling medium recovery path for recirculating the cooling medium after energy is recovered in the energy recovery unit to the engine body side;
First blocking means disposed in the cooling medium supply path;
Second blocking means disposed in the cooling medium recovery path;
With
A waste heat recovery apparatus, wherein the engine main body and the heat exchanging section are separated by the first shut-off means and the second shut-off means when the engine main body is warmed up.
前記冷却媒体供給路に気液分離器を配設し、前記第1遮断手段は、前記熱交換部と前記気液分離器との間に配設されたことを特徴とした請求項1記載の廃熱回収装置。   The gas-liquid separator is disposed in the cooling medium supply path, and the first shut-off means is disposed between the heat exchange unit and the gas-liquid separator. Waste heat recovery device. 前記第1遮断手段の上流側の前記冷却媒体の温度及び/又は圧力が所定値以上のときに前記第1遮断手段を開放して前記エンジン本体側から前記熱交換部側への前記冷却媒体の流通を許容する制御部を備えたことを特徴とした請求項1又は2記載の廃熱回収装置。   When the temperature and / or pressure of the cooling medium on the upstream side of the first shut-off means is equal to or higher than a predetermined value, the first shut-off means is opened, and The waste heat recovery apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that allows distribution. 前記第2遮断手段は、前記熱交換部側から前記エンジン本体側への前記冷却媒体の流通を許容し、前記エンジン本体側から前記熱交換部側への前記冷却媒体の流通を遮断する一方弁であることを特徴とした請求項1乃至3のいずれか一項記載の廃熱回収装置。   The second blocking means is a one-way valve that allows the flow of the cooling medium from the heat exchange part side to the engine body side and blocks the flow of the cooling medium from the engine body side to the heat exchange part side. The waste heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the heat recovery apparatus is a waste heat recovery apparatus.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015186565A1 (en) * 2014-06-05 2015-12-10 トヨタ自動車株式会社 Ebullient cooling device
WO2016021375A1 (en) * 2014-08-04 2016-02-11 トヨタ自動車株式会社 Rankine cycle system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015186565A1 (en) * 2014-06-05 2015-12-10 トヨタ自動車株式会社 Ebullient cooling device
DE112015002618B4 (en) * 2014-06-05 2020-11-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha HOT WATER COOLING DEVICE WITH A COMBUSTION ENGINE AND A CONTROL DEVICE
WO2016021375A1 (en) * 2014-08-04 2016-02-11 トヨタ自動車株式会社 Rankine cycle system
JP2016035253A (en) * 2014-08-04 2016-03-17 トヨタ自動車株式会社 Rankine cycle system
CN106460630A (en) * 2014-08-04 2017-02-22 丰田自动车株式会社 Rankine cycle system
CN106460630B (en) * 2014-08-04 2019-01-18 丰田自动车株式会社 Rankine cycle system

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