JP2019116857A - 廃熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の膨張機を用いたエンジンの廃熱の回収を効率よく行うことができる廃熱回収装置を提供することにある。【解決手段】廃熱回収装置２０は、作動媒体が流れる第１流通路２１に、上流側から順に、第１圧送機２２、作動媒体と排気ガスとの間で熱交換を行う前段蒸発器２３、作動媒体とＥＧＲガスとの間で熱交換を行う後段蒸発器２４、第１膨張機２５、第２膨張機２６、および、凝縮器２７を有している。また、廃熱回収装置２０は、第１流通路２１における第１膨張機２５と第２膨張機２６との間に、混合器３０と、作動媒体とエンジン冷却水との間で熱交換を行う第２蒸発器３５とを有する。混合器３０においては、凝縮器２７で凝縮された作動媒体であって第２流通路２８を通じて還流された作動媒体と、第１膨張機２５を通過した気相状態にある作動媒体とが混合される。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの廃熱を回収する廃熱回収装置に関する。

エンジンの廃熱を回収する廃熱回収装置は、作動媒体が循環する回路に圧送機、蒸発器、膨張機、および、凝縮器を備えている。圧送機は、液相状態の作動媒体を循環回路に圧送し、蒸発器は、液相状態の作動媒体をエンジンの廃熱で蒸発させることにより気相状態へ相転移させる。膨張機は、気相状態の作動媒体を膨張させることにより作動媒体の熱エネルギーを力学的エネルギーに変換し、凝縮器は、膨張機を通過した気相状態の作動媒体を凝縮して液相状態へ相転移させる。こうした廃熱回収装置として、例えば特許文献１には、ＥＧＲガスとの熱交換により気相状態へと相転移した作動媒体で複数の膨張機を駆動することによりエンジンの廃熱を回収する技術が開示されている。

特開２００９−１４４６７６号公報

近年、環境保全の観点からもエンジンの廃熱を回収する効率のさらなる向上が求められている。本発明の目的は、複数の膨張機を用いたエンジンの廃熱の回収を効率よく行うことができる廃熱回収装置を提供することにある。

上記課題を解決する廃熱回収装置は、作動媒体を圧送する第１圧送機と、前記第１圧送機の下流に位置して前記第１圧送機が圧送した作動媒体をエンジンの排気ガスとの熱交換により蒸発させる第１蒸発器と、前記第１蒸発器の下流に位置する第１膨張機と、前記第１膨張機の下流に位置する第２膨張機と、前記第２膨張機の下流に位置する凝縮器と、前記凝縮器の下流で分流させた作動媒体を圧送する第２圧送機と、前記第１膨張機と前記第２膨張機との間に位置し、前記第２圧送機が圧送した作動媒体と前記第１膨張機を通過した作動媒体とを混合する混合器と、前記混合器と前記第２膨張機との間に位置し、前記混合器を通過した作動媒体をエンジン冷却水との熱交換により蒸発させる第２蒸発器とを備える。

上記構成によれば、エンジンからの排気ガスだけでなくエンジン冷却水との熱交換によりエンジンの廃熱を回収している。また、廃熱回収装置は、第１膨張機を駆動した作動媒体を高温作動媒体、凝縮器の下流で分流された作動媒体を低温作動媒体として、これら高温作動媒体と低温作動媒体とを混合する混合器を有している。混合器においては、気相状態にある高温作動媒体に対して、気相状態ではなく液相状態にある低温作動媒体が混合される。この混合により、第１膨張機を通過した気相状態の作動媒体を凝縮させることができ、エンジン冷却水との熱交換量を大きくすることができる。その結果、エンジンの廃熱を効率よく回収することができる。

上記構成の廃熱回収装置は、前記第１膨張機の出力軸と前記第２膨張機の出力軸とが同軸に設定されていることが好ましい。上記構成によれば、第１膨張機の出力と第２膨張機の出力とを１つの出力として取り出すことができる。

上記構成の廃熱回収装置は、前記第１膨張機をバイパスする第１バイパス回路と、前記第１バイパス回路を開閉する第１バイパス弁と、前記第１バイパス弁の開閉を制御する制御部であって、前記第１膨張機における膨張比である第１膨張比を取得し、前記第１膨張比が第１設定値を超えている場合に前記第１バイパス弁を開状態に制御する前記制御部とを備えることが好ましい。上記構成によれば、たとえば第１膨張機の過回転を抑えることや第２膨張機の膨張比の低下を抑えることができる。

上記構成の廃熱回収装置は、前記第２膨張機をバイパスする第２バイパス回路と、前記第２バイパス回路を開閉する第２バイパス弁と、前記第２バイパス弁の開閉を制御する制御部であって、前記第２膨張機における膨張比である第２膨張比を取得し前記第２膨張比が第２設定値を超えている場合に前記第２バイパス弁を開状態に制御する前記制御部とを備えることが好ましい。上記構成によれば、第２膨張機の過回転を抑えることや第１膨張機の膨張比の低下を抑えることができる。

上記構成の廃熱回収装置は、前記第１蒸発器として前段蒸発器と後段蒸発器とを有し、前記前段蒸発器および前記後段蒸発器の一方は、前記エンジンの排気通路を流れる排気ガスとの熱交換により作動媒体を蒸発させるものであり、前記前段蒸発器および前記後段蒸発器の他方は、前記エンジンの吸気側へ還流される排気ガスであるＥＧＲガスとの熱交換により作動媒体を蒸発させるものであることが好ましい。

上記構成によれば、エンジンが排出した排気ガスのうち、排気通路を流れる排気ガスだけでなくエンジンの吸気側へと還流される排気ガスであるＥＧＲガスを通じてエンジンの廃熱を回収することができる。その結果、エンジンの廃熱を効率よく回収しつつＥＧＲガスを冷却することができる。

廃熱回収装置の一実施形態の概略構成を示す図。 （ａ）混合器の一例を示す断面図、（ｂ）２ｂ−２ｂ線における第１配管の断面を第１配管に流入する作動媒体の流れとともに示す断面図。 （ａ）第１バイパス弁の開閉を制御する処理の一例を示すフローチャート、（ｂ）第２バイパス弁の開閉を制御する処理の一例を示すフローチャート。

図１および図２を参照して、廃熱回収装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、廃熱回収装置２０は、ランキンサイクルを利用してエンジン１０の廃熱を回収する。エンジン１０は、エンジン１０が吸入する作動ガスが流れるインテークマニホールド１１と、エンジン１０からの排気ガスが流入するエキゾーストマニホールド１２とを備えている。エンジン１０は、エキゾーストマニホールド１２に接続されて大気中に排出される排気ガスが流れる排気通路１３と、エキゾーストマニホールド１２とインテークマニホールド１１とを接続してエンジン１０の吸気側へ還流される排気ガスが流れるＥＧＲ（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路１４とを備えている。

廃熱回収装置２０は、作動媒体が循環する循環回路を構成する第１流通路２１を有している。作動媒体は、エンジン１０を冷却するエンジン冷却水が平衡状態にあるときにエンジン冷却水との熱交換によって蒸発可能な熱媒体である。作動媒体は、たとえばペンタン、代替フロン、アンモニア水、アルコールなど、大気圧下において水よりも沸点が低い熱媒体であることが好ましい。廃熱回収装置２０は、第１流通路２１における上流側から順に、第１圧送機２２、前段蒸発器２３、後段蒸発器２４、および、第１膨張機２５を有している。

第１圧送機２２は、液相状態にある作動媒体を第１流通路２１に圧送する電動式のポンプであって、エンジン１０の運転状態に応じた第１圧送量で作動媒体を圧送する。
前段蒸発器２３および後段蒸発器２４は、第１流通路２１に配設された第１蒸発器であり、エンジン１０の廃熱を含む高温媒体との熱交換により、第１圧送機２２が圧送した作動媒体を蒸発させる。前段蒸発器２３は、第１流通路２１の一部が低温側流路に設定され、排気通路１３の一部が高温側流路に設定されている。前段蒸発器２３は、作動媒体の流れ方向と排気ガスの流れ方向とが同じ方向に設定された並行流式の熱交換器である。前段蒸発器２３は、排気通路１３を流れる排気ガスと作動媒体との間で熱交換を行うことで作動媒体を昇温させる。

後段蒸発器２４は、前段蒸発器２３の下流側に位置しており、第１流通路２１の一部が低温側流路に設定され、ＥＧＲ通路１４の一部が高温側流路に設定されている。後段蒸発器２４は、作動媒体の流れ方向とＥＧＲガスの流れ方向とが相反する方向に設定された対向流式の熱交換器である。後段蒸発器２４は、作動媒体とＥＧＲガスとの間で熱交換を行うことで作動媒体を昇温しつつＥＧＲガスを冷却する。

こうした前段蒸発器２３および後段蒸発器２４において、作動媒体は、排気通路１３を流れる排気ガスおよびＥＧＲ通路１４を流れる排気ガスであるＥＧＲガスとの熱交換を通じて液相状態から気相状態へと相転移する。第１膨張機２５は、気相状態の作動媒体を膨張させることで作動媒体の熱エネルギーを第１膨張機２５の出力軸２５ａを回転させる力学的エネルギーへと変換する。

なお、前段蒸発器２３が作動媒体とＥＧＲ通路１４を流れるＥＧＲガスとの間で熱交換を行い、後段蒸発器２４が作動媒体と排気通路１３を流れる排気ガスとの間で熱交換を行う構成であってもよい。また、前段蒸発器２３および後段蒸発器２４は対向流式および並行流式のどちらであってもよいし、前段蒸発器２３および後段蒸発器２４のいずれか一方が省略される構成であってもよい。

廃熱回収装置２０は、第１流通路２１における第１膨張機２５の下流に第２膨張機２６と凝縮器２７とを有している。また、廃熱回収装置２０は、第１流通路２１における第１膨張機２５と第２膨張機２６との間に混合器３０と第２蒸発器３５とを有している。

第２膨張機２６は、後述する第２蒸発器３５を通過した気相状態の作動媒体を膨張させることにより作動媒体の熱エネルギーを第２膨張機２６の出力軸２６ａを回転させる力学的エネルギーへと変換する。第１膨張機２５の出力軸２５ａと第２膨張機２６の出力軸２６ａは同軸上に配設されており、図示されない減速機を介して機械的に連結されている。減速機においては、エンジン１０の運転状態のうちで最も頻度の高い運転状態において最も効率が高くなるように減速比が規定されている。第１膨張機２５の出力軸２５ａおよび第２膨張機２６の出力軸２６ａの回転により、たとえば発電装置による発電やエンジン１０の出力のアシストが可能となる。

凝縮器２７は、たとえば空冷式の熱交換器であり、第１流通路２１の一部が高温側流路に設定され、走行風や図示しないファンによる送出風が流れる流路が低温側流路に設定されている。凝縮器２７は、第２膨張機２６を通過した気相状態の作動媒体を放熱・凝縮することにより作動媒体を液相状態に相転移させる。

廃熱回収装置２０は、第２流通路２８と第２圧送機２９とを有している。第２流通路２８は、第１流通路２１における凝縮器２７と第１圧送機２２との間に上流端が接続され、第１流通路２１における第１膨張機２５と第２膨張機２６との間に位置する混合器３０に下流端が接続されている。第２流通路２８は、第１流通路２１における凝縮器２７の下流において作動媒体を分流させる分流回路を構成する。第２圧送機２９は、第２流通路２８に配設されており、凝縮器２７で凝縮した作動媒体の一部を第２流通路２８に圧送する。第２圧送機２９は、エンジン１０の運転状態に応じた第２吐出量で作動媒体を圧送する電動式のポンプである。第２流通路２８および第２圧送機２９により、凝縮器２７で凝縮した作動媒体の一部が混合器３０に供給される。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、混合器３０においては、第１流通路２１を流れる作動媒体に対して第２流通路２８を流れる作動媒体が混合される。混合器３０は、第１流通路２１を構成する第１配管３１と、第２流通路２８を構成する第２配管３２であって第１配管３１の一部を取り囲む下流端部３３を有する第２配管３２とを有している。第１配管３１には、第２配管３２の下流端部３３で取り囲まれた部分に作動媒体を導入する複数の導入孔３４が形成されている。複数の導入孔３４は、第１配管３１の延在方向および周方向の全体にわたって規則的に配列されている。混合器３０においては、第１配管３１を流れる気相状態の作動媒体に対して、第２配管３２を流れる液相状態の作動媒体が第１配管３１の中心方向へと向かう流れ、すなわち第１配管３１を流れる作動媒体の流れ方向に直交する方向に向かう流れとして流入する。そして、気相状態の作動媒体から液相状態の作動媒体への熱移動が生じることで気相状態の作動媒体の一部が液相状態へと相転移する。作動媒体は、気相状態と液相状態とが混在した状態で混合器３０から流出する。

第２蒸発器３５は、エンジン１０の廃熱を含む低温媒体との熱交換により、混合器３０で混合された作動媒体を蒸発させる。第２蒸発器３５は、第１流通路２１の一部が低温側流路に設定され、エンジン１０を冷却するエンジン冷却水が流れる冷却水回路１５の一部が高温側流路に設定されている。第２蒸発器３５は、前段蒸発器２３および後段蒸発器２４よりも飽和圧力が低く、作動媒体の流れ方向とエンジン冷却水の流れ方向とが相反する方向に設定された対向流式の熱交換器である。第２蒸発器３５は、作動媒体とエンジン冷却水との間で熱交換を行うことで、第２膨張機２６に流入する作動媒体を蒸発させる。

また、廃熱回収装置２０は、第１流通路２１において第１膨張機２５を迂回する第１バイパス回路３６と、第１バイパス回路３６の流路断面積を変更可能な第１バイパス弁３７とを有している。第１バイパス弁３７が閉状態にあるとき、第１流通路２１を流れる作動媒体の全てが第１膨張機２５に流入する。一方、第１バイパス弁３７が開状態にあるとき、作動媒体の一部が第１膨張機２５を迂回する。なお、第１バイパス弁３７は、第１バイパス回路３６を開閉する弁であってもよいし、第１バイパス回路３６の流路断面積を開度により制御する弁であってもよい。

また、廃熱回収装置２０は、第２膨張機２６を迂回する第２バイパス回路３８と、第２バイパス回路３８を開閉する第２バイパス弁３９とを有している。第２バイパス弁３９が閉状態にあるとき、第２流通路２８を流れる作動媒体の全てが第２膨張機２６に流入する。一方、第２バイパス弁３９が開状態にあるとき、第２流通路２８を流れる作動媒体の一部が第２膨張機２６を迂回する。なお、第２バイパス弁３９は、第２バイパス回路３８を開閉する弁であってもよいし、第２バイパス回路３８の流路断面積を開度により制御する弁であってもよい。

廃熱回収装置２０は、第１圧送機２２、第２圧送機２９、第１バイパス弁３７、および第２バイパス弁３９を制御対象とする制御部５０を有している。制御部５０は、プロセッサ、メモリー５０ａ、入力インターフェース、および、出力インターフェース等がバスを介して互いに接続されたマイクロコントローラーを中心に構成される。制御部５０は、各種センサーなどが検出した情報を入力インターフェースを介して取得する。そして制御部５０は、その取得した各種の情報、および、メモリー５０ａに記憶したプログラムや各種のデータに基づいて各種の処理を実行し、これらの各種の処理を通じて上述した制御対象を制御する。

制御部５０は、エンジン１０の運転状態に関する情報を取得する。運転状態に関する情報は、たとえばエンジン回転数や燃料噴射量、エンジン冷却水の温度、吸入空気量などであり、前段蒸発器２３、後段蒸発器２４、第２蒸発器３５の各々に対する入熱量が演算可能となる情報である。また、制御部５０は、第１膨張機２５に流入する作動媒体の圧力である第１入口圧力を検出する第１入口圧力センサー５１からの検出信号に基づいて第１入口圧力を取得する。制御部５０は、第１膨張機２５から流出する作動媒体の圧力である第１出口圧力を検出する第１出口圧力センサー５２からの検出信号に基づいて第１出口圧力を取得する。制御部５０は、第２膨張機２６に流入する作動媒体の圧力である第２入口圧力を検出する第２入口圧力センサー５３からの検出信号に基づいて第２入口圧力を取得する。制御部５０は、第２膨張機２６から流出する作動媒体の圧力である第２出口圧力を検出する第２出口圧力センサー５４からの検出信号に基づいて第２出口圧力を取得する。

制御部５０は、第１圧送機２２による作動媒体の第１圧送量を制御する。制御部５０は、エンジン１０の運転状態に関する情報に基づいて前段蒸発器２３および後段蒸発器２４の各々に対する入熱量を演算し、その演算した入熱量に応じた量の作動媒体が第１流通路２１を流れるように第１圧送機２２を制御する。

制御部５０は、第２圧送機２９による作動媒体の第２圧送量を制御する。制御部５０は、エンジン１０の運転状態に関する情報に基づいて第２蒸発器３５に対する入熱量を演算し、その演算した入熱量に応じた量の作動媒体が第２流通路２８を流れるように第２圧送機２９による圧送量を制御する。

制御部５０は、第１バイパス弁３７の開閉状態を制御する。制御部５０は、第１入口圧力と第１出口圧力との比である第１膨張比π１について、第１膨張機２５の上限膨張比である第１設定値π１ｍａｘをメモリー５０ａに保持している。制御部５０は、第１膨張比π１が第１設定値π１ｍａｘ以下に保持されるように第１バイパス弁３７の開閉状態を制御する。制御部５０は、第１膨張比π１が第１設定値π１ｍａｘ以下に保持されるように第１バイパス弁３７の開閉状態を制御する。たとえば、図３（ａ）に示すように、第１バイパス弁３７の制御において、制御部５０は、まず、第１入口圧力と第１出口圧力とを取得して第１膨張比π１を演算する（ステップＳ１１）。制御部５０は、第１膨張比π１が第１設定値π１ｍａｘ以下である場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、第１バイパス弁３７を閉状態に制御し（ステップＳ１３）、一連の処理を一旦終了する。一方、制御部５０は、第１膨張比π１が第１設定値π１ｍａｘよりも大きい場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、第１バイパス弁３７を開状態に制御し（ステップＳ１４）、一連の処理を一旦終了する。

制御部５０は、第２バイパス弁３９の開閉状態を制御する。制御部５０は、第２入口圧力と第２出口圧力との比である第２膨張比π２について、第２膨張機２６の上限膨張比である第２設定値π２ｍａｘをメモリー５０ａに保持している。制御部５０は、第２膨張比π２が第２設定値π２ｍａｘ以下に保持されるように第２バイパス弁３９の開閉状態を制御する。たとえば、図３（ｂ）に示すように、第２バイパス弁３９の制御において、制御部５０は、まず、第２入口圧力と第２出口圧力とを取得して第２膨張比π２を演算する（ステップＳ２１）。制御部５０は、第２膨張比π２が第２設定値π２ｍａｘ以下である場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、第２バイパス弁３９を閉状態に制御し（ステップＳ２３）、一連の処理を一旦終了する。一方、第２膨張比π２が第２設定値π２ｍａｘよりも大きい場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、制御部５０は、第２バイパス弁３９を開状態に制御し（ステップＳ２４）、一連の処理を一旦終了する。

上述した構成の廃熱回収装置２０の作用について説明する。
廃熱回収装置２０においては、凝縮器２７によって凝縮された液相状態の作動媒体は、一部が第１流通路２１を流通し、残りが第２流通路２８を流通する。第１流通路２１を流通する作動媒体は、前段蒸発器２３および後段蒸発器２４における熱交換により液相状態から気相状態へ相転移したのちに第１膨張機２５を駆動し、気相状態のまま混合器３０に流入する。一方、第２流通路２８を流通する作動媒体は、液相状態のまま混合器３０に流入する。混合器３０においては、気相状態の作動媒体と液相状態の作動媒体とが混合され、一部の作動媒体が気相状態から液相状態へと相転移する。その後、混合器３０から流出した作動媒体は、第２蒸発器３５における熱交換によって液相状態の作動媒体が気相状態に相転移したのちに第２膨張機２６を駆動し、凝縮器２７によって再び凝縮される。

上記実施形態の廃熱回収装置２０によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）廃熱回収装置２０は、エンジン１０からの排気ガスだけでなくエンジン冷却水との熱交換によりエンジン１０の廃熱を回収している。また、廃熱回収装置２０は、第１膨張機２５を駆動した作動媒体を高温作動媒体、第２流通路２８を流通している作動媒体を低温作動媒体として、これら高温作動媒体と低温作動媒体とを混合する混合器３０を有している。混合器３０においては、気相状態にある高温作動媒体に対して、気相状態ではなく液相状態にある低温作動媒体が混合されて中温作動媒体が生成される。この混合により、第１膨張機２５を通過した気相状態の作動媒体を凝縮させることができ、エンジン冷却水との熱交換量を大きくすることができる。その結果、エンジンの廃熱を効率よく回収することができる。

（２）上述した廃熱回収装置２０のように、排気ガスおよびエンジン冷却水といった２つの熱源を通じてエンジン１０の廃熱を回収する装置においては、車両への搭載性や重量やコスト、これらの観点から各種構成要素の小型化が望まれている。この点、廃熱回収装置２０では、混合器３０によって第２蒸発器３５に流入する液相状態の作動媒体を昇温させることができ、第２蒸発器３５において作動媒体を気相状態へ相転移させるために必要となる熱量が少なくなる。その結果、第２蒸発器３５の小型化を図ることができる。

（３）混合器３０においては、第１配管３１に複数の導入孔３４が形成されており、高温作動媒体と低温作動媒体との衝突が複数箇所において行われる。また、高温作動媒体と流れ方向と低温作動媒体の流れ方向とが互いに直交する方向に設定される。これらのことから、高温作動媒体と低温作動媒体との接触機会が多くなることで、これら高温作動媒体と低温作動媒体とを効果的に混合させることができる。

（４）第１膨張機２５を駆動した高温作動媒体に対して、エンジン冷却水との熱交換により気相状態へと相転移した低温作動媒体を混合させる構成においては、上述した廃熱回収装置２０よりも第２膨張機２６に流入する作動媒体の温度が高くなる。そのため、第２膨張機２６の下流に位置する凝縮器２７に流入する作動媒体の温度も自ずと高くなる。この点、廃熱回収装置２０においては、高温作動媒体と低温作動媒体とを混合器３０で混合させてから蒸発させている。そのため、第２膨張機２６に流入する作動媒体の温度を抑えることができ、これにより凝縮器２７に流入する作動媒体の温度も抑えることができる。その結果、凝縮器２７に必要とされる凝縮能力を抑えることができ、結果として、凝縮器２７の小型化を図ることができる。

（５）第１膨張機２５の出力軸２５ａと第２膨張機２６の出力軸２６ａとが同軸に設定されていることから、飽和温度の異なる２つの系統における出力を１つの系統の出力として取り出すことができる。これにより、各々の系統における出力を各別に取り出す構成に比べて廃熱回収装置２０の省スペース化を図ることができる。

（６）廃熱回収装置２０は、第１膨張機２５を迂回する第１バイパス回路３６と第１バイパス回路３６を開閉する第１バイパス弁３７とを有している。また、第１バイパス弁３７の開閉を制御する制御部５０は、第１膨張機２５での第１膨張比を取得し、第１膨張比が第１設定値を超えている場合に第１バイパス弁３７を開状態に制御する。こうした構成によれば、たとえば過回転など、第１膨張機２５に対する負荷を抑えることができる。

（７）廃熱回収装置２０は、第２膨張機２６を迂回する第２バイパス回路３８と第２バイパス回路３８を開閉する第２バイパス弁３９とを有している。また、第２バイパス弁３９の開閉を制御する制御部５０は、第２膨張機２６での第２膨張比を取得し、第２膨張比が第２設定値を超えている場合に第２バイパス弁３９を開状態に制御する。たとえば過回転など、第２膨張機２６に対する負荷を抑えることができる。

（８）第１蒸発器は、排気ガスと熱交換を行う前段蒸発器２３と、ＥＧＲガスと熱交換を行う後段蒸発器２４とによって構成されている。そのため、エンジン１０の廃熱を効率よく回収しつつＥＧＲガスを冷却することができる。

（９）前段蒸発器２３がＥＧＲガスでなく排気通路１３を流れる排気ガスとの間で熱交換を行う。そのため、たとえば当該排気通路１３がターボチャージャーを構成するタービンの下流側の部分であり、ＥＧＲガスよりも幾分温度が低いとしても、高温側流体と低温側流体との間の温度差を前段蒸発器２３および後段蒸発器２４の双方において確保することができる。

（１０）第１膨張機２５を駆動して凝縮器２７で作動媒体を凝縮させる構成では、第１膨張機２５から流出した作動媒体の温度が高く大きなエネルギーが残っているため、凝縮器２７における放熱量は大きくなってしまう。この点、廃熱回収装置２０では、作動媒体が第１膨張機２５を駆動した後、更に第２膨張機２６を駆動するため、大きなエネルギーを回収できるとともに凝縮器２７における放熱量を小さくできる。その結果、凝縮器２７を小さくすることができるとともに廃熱の回収をより精密に行うことが出来る。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・前段蒸発器２３がＥＧＲガスとの間で熱交換を行い、後段蒸発器２４が排気ガスとの間で熱交換を行ってもよい。

・廃熱回収装置２０は、第１バイパス弁３７および第２バイパス弁３９の一方を有している構成であってもよいし、どちらも有していない構成であってもよい。
・第１膨張機２５の出力軸２５ａと第２膨張機２６の出力軸２６ａとは、同軸に設定されていなくともよい。すなわち、たとえば、第１膨張機２５で発電装置を駆動し第２膨張機２６でエンジン１０の出力をアシストするように、第１膨張機２５の駆動対象と第２膨張機２６の駆動対象とが異なっていてもよい。

・廃熱回収装置２０は、凝縮器２７で凝縮された作動媒体と第１膨張機２５を駆動した作動媒体とが混合器３０で混合したのちに第２蒸発器３５に流入し、第２蒸発器３５で蒸発した作動媒体で第２膨張機２６が駆動される構成であればよい。

・混合器３０は、第１膨張機２５を通過した気相状態の作動媒体と凝縮器２７で凝縮された液相状態の作動媒体とを混合するものであればよい。そのため、第１配管３１の一部を第２配管３２の下流端部３３が取り囲む構成に限らず、たとえば第１流通路２１と第２流通路２８の下流端部とが複数の連通孔により互いに連通した状態にて上下方向で並ぶ構成であってもよい。

・排気ガスの熱交換器である前段蒸発器２３とＥＧＲガスの熱交換器である後段蒸発器２４が、それぞれに専用の圧送機を備えた別系統の作動媒体の回路を備えて、別系統の作動媒体の回路が並列に接続して、第１膨張機２５を駆動させる構成であってもよい。

１０…エンジン、１１…インテークマニホールド、１２…エキゾーストマニホールド、１３…排気通路、１４…ＥＧＲ通路、１８…冷却水回路、２０…廃熱回収装置、２１…第１流通路、２２…第１圧送機、２３…前段蒸発器、２４…後段蒸発器、２５…第１膨張機、２５ａ…出力軸、２６…第２膨張機、２６ａ…出力軸、２７…凝縮器、２８…第２流通路、２９…第２圧送機、３０…混合器、３１…第１配管、３２…第２配管、３３…下流端部、３４…導入孔、３５…第２蒸発器、３６…第１バイパス回路、３７…第１バイパス弁、３８…第２バイパス回路、３９…第２バイパス弁、５０…制御部、５１…第１入口圧力センサー、５２…第１出口圧力センサー、５３…第２入口圧力センサー、５４…第２出口圧力センサー。

Claims (5)

1. 作動媒体を圧送する第１圧送機と、
   前記第１圧送機の下流に位置して前記第１圧送機が圧送した作動媒体をエンジンの排気ガスとの熱交換により蒸発させる第１蒸発器と、
   前記第１蒸発器の下流に位置する第１膨張機と、
   前記第１膨張機の下流に位置する第２膨張機と、
   前記第２膨張機の下流に位置する凝縮器と、
   前記凝縮器の下流で分流させた作動媒体を圧送する第２圧送機と、
   前記第１膨張機と前記第２膨張機との間に位置し、前記第２圧送機が圧送した作動媒体と前記第１膨張機を通過した作動媒体とを混合する混合器と、
   前記混合器と前記第２膨張機との間に位置し、前記混合器を通過した作動媒体をエンジン冷却水との熱交換により蒸発させる第２蒸発器とを備える
   廃熱回収装置。
2. 前記第１膨張機の出力軸と前記第２膨張機の出力軸とが同軸に設定されている
   請求項１に記載の廃熱回収装置。
3. 前記第１膨張機をバイパスする第１バイパス回路と、
   前記第１バイパス回路を開閉する第１バイパス弁と、
   前記第１バイパス弁の開閉を制御する制御部とを備え、
   当該制御部は、前記第１膨張機における膨張比である第１膨張比を取得し、前記第１膨張比が第１設定値を超えている場合に前記第１バイパス弁を開状態に制御する
   請求項１または２に記載の廃熱回収装置。
4. 前記第２膨張機をバイパスする第２バイパス回路と、
   前記第２バイパス回路を開閉する第２バイパス弁と、
   前記第２バイパス弁の開閉を制御する制御部とを備え、
   当該制御部は、前記第２膨張機における膨張比である第２膨張比を取得し、前記第２膨張比が第２設定値を超えている場合に前記第２バイパス弁を開状態に制御する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の廃熱回収装置。
5. 前記第１蒸発器として前段蒸発器と後段蒸発器とを有し、
   前記前段蒸発器および前記後段蒸発器の一方は、前記エンジンの排気通路を流れる排気ガスとの熱交換により作動媒体を蒸発させるものであり、
   前記前段蒸発器および前記後段蒸発器の他方は、前記エンジンの吸気側へ還流される排気ガスであるＥＧＲガスとの熱交換により作動媒体を蒸発させるものである
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の廃熱回収装置。

Images