JP2018155192A - 廃熱回収装置及び廃熱回収装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記制御装置は、
前記内燃機関の稼働中は、少なくとも前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の量が所定の低冷媒量以下となるまで前記液相冷媒供給手段による液相冷媒の供給を停止状態とするように構成されていることを特徴としている。
前記液相冷媒供給手段は、前記凝縮器から送出された液相冷媒を前記蒸発器へと圧送するポンプであり、
前記制御装置は、前記ポンプの作動を停止することにより液相冷媒の供給を停止状態にするように構成されていることを特徴としている。
前記制御装置は、前記内燃機関の稼働中且つ前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の量が前記低冷媒量以下となった後も前記停止状態を継続するように構成されていることを特徴としている。
前記制御装置は、前記内燃機関の稼働中且つ前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の量が前記低冷媒量以下となった場合には、前記ポンプを作動するように構成されていることを特徴としている。
前記制御装置は、前記内燃機関の停止中且つ前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の温度が沸騰温度に達している場合には前記ポンプを作動し、前記内燃機関の停止中且つ前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の温度が前記沸騰温度に達していないときには前記ポンプを停止状態とするように構成されていることを特徴としている。
前記制御装置は、
前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の量を満量にするために必要な冷媒の量を目標冷媒量として算出し、
前記目標冷媒量を上限として、前記ポンプの作動を制御するように構成されていることを特徴としている。
前記ポンプを通過した液相の冷媒と前記内燃機関を通過したエンジン冷却水との間で熱交換を行う熱回収器と、
前記熱回収器に前記エンジン冷却水を圧送する圧送装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ポンプを作動する場合において、前記エンジン冷却水の温度が前記ポンプを通過した液相の冷媒の温度よりも高い場合に、前記圧送装置を動作させるように構成されていることを特徴としている。
前記蒸発器は、
前記内燃機関の排気が流れる煙管と、
前記煙管の周囲に形成され、液相の冷媒が貯えられる冷媒通路と、を備え、
前記煙管の一端は固定端として構成され、前記煙管の他端には、前記煙管の熱膨張による管長の変化を吸収するための蛇腹管が設けられていることを特徴としている。
前記制御方法は、
前記内燃機関の稼働を受けて前記液相冷媒供給手段による液相冷媒の供給を停止状態とし、
前記内燃機関の稼働中は、前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の量が所定の低冷媒量以下となるまで前記停止状態を継続するように構成されていることを特徴としている。
1−1.廃熱回収装置の構成
図1は、実施の形態1の廃熱回収装置1の構成を示す図である。廃熱回収装置1は、車両に搭載された内燃機関(以下、「エンジン」とも称する)2に組み込まれて構成される。車両は、エンジン2による動力と図示しないモータによる動力とを利用するハイブリッド車両である。なお、実施の形態1の廃熱回収装置1に適用可能な車両はハイブリッド車両に限らず、アイドルストップ機能を備えたアイドルストップ車両等、エンジン2の稼働及び停止が頻繁に行なわれることを前提とした種々の車両に適用することができる。
蒸発器10に貯められていた冷媒の大部分が気相冷媒に相転移すると、蒸発器10は冷媒の沸点以上の温度まで過熱されてしまう。実施の形態1の廃熱回収装置1では、このような空焚きにも耐え得るような蒸発器10を採用している。図2は、実施の形態1の廃熱回収装置1が備える蒸発器10の内部構成を示す図である。この図に示すように、蒸発器10は、筒状のハウジング101と、排気ガスが流れる煙管102と、冷媒が貯められる冷媒通路103と、蛇腹管104とを備える。煙管102は、ハウジング101内に並列に配置された複数の管により構成され、排気通路4から流れる排気ガスがその管内を通過するように構成されている。ハウジング101の内部における煙管102の周囲の空間は冷媒通路103として構成されている。冷媒通路103には、冷媒管32から圧送された水が貯められる。
次に、廃熱回収装置1にて行われる廃熱回収制御について説明する。図3は、エンジンの稼働中において冷媒循環回路を流れる冷媒の流れを説明するための図である。なお、図3において、冷媒が流れている経路は太実線で表され、冷媒が流れていない経路は太破線で表されている。
実施の形態1の廃熱回収装置1では、蒸発器10への注水が禁止されていないエンジン2の停止中に注水を許可することとし、キャッチタンク22に貯留された水を蒸発器10へと供給する注水制御が実行される。図4は、エンジンの停止中において冷媒循環回路を流れる冷媒の流れを説明するための図である。なお、図4において、冷媒が流れている経路は太実線で表され、冷媒が流れていない経路は太破線で表されている。
次に、エンジン冷却熱回収器8にて行われるエンジン冷却熱回収制御について説明する。三方弁62及びエンジン冷却ポンプ60は、蒸発器10にエンジン冷却水を圧送する圧送装置として機能するものである。実施の形態1の廃熱回収装置1は、蒸発器10に圧送される高温のエンジン冷却水の熱を利用して蒸発器10に注水される水をエンジン冷却水の熱で加熱するとともに、エンジン2の停止中にエンジン冷却水が沸騰することを防止する。
次に、実施の形態1の廃熱回収装置1にて実行される注水制御の具体的処理について説明する。図8は、実施の形態1の廃熱回収装置1において実行される注水制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図8に示す制御ルーチンは、制御装置70によって所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
注水残量=目標注水量−ポンプ注水量 ・・・(1)
であり、現在量は蒸発器10に貯められている水の現在量である。
現在量=満水量−(タービンノズル蒸気通過量Q−注水残量) ・・・(2)
次に、図9を参照して、実施の形態1の廃熱回収装置1を搭載した車両を実際に走行させた場合に行なわれる注水制御の一例を説明する。図9は、廃熱回収装置を搭載した車両の走行時の各種状態量等を示すタイムチャートである。このチャートに示す時間t0からt1の期間はエンジン2が停止中であるため、冷媒である水の蒸発器10への注水が許可されている。このため、このチャートに示す例では、時間t0から蒸発器10への注水が行なわれている。冷媒の注水が許可されている期間に蒸発器10に貯められた冷媒が満水量になると、ポンプ24は停止される。なお、蒸発器10に注水が行なわれて水の沸騰が一時的に治まると、水の蒸発のための潜熱の利用がなくなるため、エンジン2の停止中の排気温度の低下が抑制される効果もある。
次に、実施の形態2の廃熱回収装置について説明する。実施の形態2の廃熱回収装置1は、図1に示すハードウェア構成を用いて、制御装置70に後述する図10に示す制御ルーチンを実行させることにより実現することができる。
上述した実施の形態1の廃熱回収装置1では、エンジン2の稼働中の注水制御を一律に禁止してポンプ24を停止状態とすることとした。しかしながら、実施の形態1の注水制御では、エンジン2の稼働が長時間継続された場合に、蒸発器10に貯められていた水がなくなることが想定される。
図10は、実施の形態1の廃熱回収装置1において実行される注水制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図10に示す制御ルーチンは、制御装置70によって所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
次に、実施の形態3の廃熱回収装置について説明する。実施の形態3の廃熱回収装置1は、図1に示すハードウェア構成を用いて、制御装置70に後述する図11に示す制御ルーチンを実行させることにより実現することができる。
上述した実施の形態1の廃熱回収装置1では、エンジン2が停止中か否かによって注水の実行可否を判定することとした。しかしながら、エンジン2の運転条件によっては、排気ガスから得られる熱エネルギが小さいために蒸発器10に貯められた水の温度が沸点に到達しない状況も考えられる。この場合、蒸発器10への注水が行なわれると、蒸発器10に貯められた水の温度がさらに低下して沸騰するまでに要する時間が長期化してしまう。このような状況は、例えば、エンジン2の短時間運転が繰り返された場合、エンジン2の低負荷運転が長時間継続された場合等に想定される。
図11は、実施の形態3の廃熱回収装置1において実行される注水制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図11に示す制御ルーチンは、制御装置70によって所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
2 エンジン(内燃機関)
4 排気通路
8 エンジン冷却熱回収器
10 蒸発器
12 排気浄化触媒
14 過熱器
16 タービンノズル
18 タービン
20 凝縮器
22 キャッチタンク
24 ポンプ
31,32,33,34,35,36,37,42,43 冷媒管
40 タービン制御弁
41 バイパス弁
44 バイパスノズル
51 流体管
51,52,53,54,55 流体管
60 エンジン冷却ポンプ
61 ラジエータ
62 三方弁
70 制御装置
71,76 圧力センサ
72,73,74,75,77 温度センサ
101 ハウジング
102 煙管
102 煙管
103 冷媒通路
104 蛇腹管
105 一端
106 他端
Claims (9)
- 内燃機関の排気との熱交換によって液相冷媒を蒸気化する蒸発器と、前記蒸発器を通過した気相冷媒を膨張させて熱エネルギを回収する膨張機と、前記膨張機を通過した気相冷媒を凝縮させて液相冷媒に戻す凝縮器と、前記凝縮器から送出された液相冷媒を前記蒸発器へと供給する液相冷媒供給手段と、前記液相冷媒供給手段を制御することにより前記蒸発器に供給される液相冷媒の量を調整する制御装置と、を備える廃熱回収装置において、
前記制御装置は、
前記内燃機関の稼働中は、少なくとも前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の量が所定の低冷媒量以下となるまで前記液相冷媒供給手段による液相冷媒の供給を停止状態とするように構成されていることを特徴とする廃熱回収装置。 - 前記液相冷媒供給手段は、前記凝縮器から送出された液相冷媒を前記蒸発器へと圧送するポンプであり、
前記制御装置は、前記ポンプの作動を停止することにより液相冷媒の供給を停止状態にするように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の廃熱回収装置。 - 前記制御装置は、前記内燃機関の稼働中且つ前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の量が前記低冷媒量以下となった後も前記停止状態を継続するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の廃熱回収装置。
- 前記制御装置は、前記内燃機関の稼働中且つ前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の量が前記低冷媒量以下となった場合に、前記ポンプを作動するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の廃熱回収装置。
- 前記制御装置は、前記内燃機関の停止中且つ前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の温度が沸騰温度に達している場合には前記ポンプを作動し、前記内燃機関の停止中且つ前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の温度が前記沸騰温度に達していないときには前記ポンプを停止状態とするように構成されていることを特徴とする請求項2乃至4の何れか1項に記載の廃熱回収装置。
- 前記制御装置は、
前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の量を満量にするために必要な冷媒の量を目標冷媒量として算出し、
前記目標冷媒量を上限として、前記ポンプの作動を制御するように構成されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の廃熱回収装置。 - 前記ポンプを通過した液相の冷媒と前記内燃機関を通過したエンジン冷却水との間で熱交換を行う熱回収器と、
前記熱回収器に前記エンジン冷却水を圧送する圧送装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ポンプを作動する場合において、前記エンジン冷却水の温度が前記ポンプを通過した液相の冷媒の温度よりも高い場合に、前記圧送装置を動作させるように構成されていることを特徴とする請求項2乃至6の何れか1項に記載の廃熱回収装置。 - 前記蒸発器は、
前記内燃機関の排気が流れる煙管と、
前記煙管の周囲に形成され、液相の冷媒が貯えられる冷媒通路と、を備え、
前記煙管の一端は固定端として構成され、前記煙管の他端には、前記煙管の熱膨張による管長の変化を吸収するための蛇腹管が設けられていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の廃熱回収装置。 - 内燃機関の排気との熱交換によって液相の冷媒を蒸気化する蒸発器と、前記蒸発器を通過した気相の冷媒を膨張させて熱エネルギを回収する膨張機と、前記膨張機を通過した気相の冷媒を凝縮させて液相の冷媒に戻す凝縮器と、前記凝縮器から送出された液相の冷媒を前記蒸発器へと供給する液相冷媒供給手段と、を備え、前記液相冷媒供給手段を制御することにより前記蒸発器に供給される液相の冷媒の量を調整するように構成された廃熱回収装置の制御方法であって、
前記制御方法は、
前記内燃機関の稼働を受けて前記液相冷媒供給手段による液相冷媒の供給を停止状態とし、
前記内燃機関の稼働中は、前記蒸発器に貯えられている液相冷媒の量が所定の低冷媒量以下となるまで前記停止状態を継続するように構成されていることを特徴とする廃熱回収装置の制御方法。
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