JP4135626B2 - 発熱体の廃熱利用装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。図2は、図1中の電動式の切換手段を示す模式的断面図であって、図2(a)はラジエータへ流れる冷却水の流量配分を零にした切換え状態、図2(b)はラジエータへ流れる冷却水の流量配分を最大にした切換え状態を示す断面図である。図3は、図1中のランキンサイクル回路の膨張機と冷凍サイクル回路の圧縮機とを接続する駆動機構を示す模式図である。図4は、図1中の電動式のポンプ手段と電動式の切換手段とを駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
以下、本発明を適用した他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においては、第1の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰返さない。
第3の実施形態では、第1の実施形態で説明した電動式の温水ポンプ22に換えて、図7に示すように、周知構造のメカ式の温水ポンプ122とする。図7は、本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。図8は、図7中の電動式の切換手段を駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
第4の実施形態は、加熱器210の配置位置として、図9に示すように、ヒータ回路30に加熱器210を配置する。図9は、本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。図10は、図9中の電動式の第2のポンプ手段を駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
この運転モードは、ランキンサイクルが停止中、例えば内燃機関10の運転状態が、主に内燃機関10を作動させた直後等で冷却水が充分に昇温(本実施例では、例えば80℃以上)していない場合、しかも、A/C要求がある(A/C信号が制御装置600に入力された)ものである。
この運転モードは、A/C要求がある場合で、内燃機関10による廃熱が充分に得られる運転状態にあるときには、ランキンサイクル回路200を作動させ、そこから得られた駆動力を圧縮機310に付加して冷凍サイクル回路300を作動させるものである。
この運転モードは、A/C要求がある場合で、内燃機関10の廃熱は充分あるものの、夏場などで冷房負荷が比較的高い運転状態にあるときには、膨張機220の駆動力と内燃機関10の駆動力を複合的に用いて圧縮機310を作動させるものである。
この運転モードは、A/C要求がある場合で、春秋などで冷房負荷が比較的低い運転状態にあるときには、圧縮機310を駆動するために必要な駆動力が比較的小さいため、ランキンサイクル回路200で得られる駆動力のうち、余剰となった駆動力を内燃機関10へ付加するものである。
この運転モードは、圧縮機310の構造が可変容量型のものである場合であって、例えば4)ランキンサイクルによる冷凍サイクル運転と動力回生運転モードにおいて、A/C要求がない運転状態にあるときには、制御装置600によって圧縮機310を駆動するために必要な駆動力をほぼ零にし、内燃機関10の軸出力をアシストするものである。
上記第1から第4の実施形態で説明した加熱器210は、一般に、冷却水を導く冷却水経路と、作動流体を導く作動流体経路とを備えているので、ランキンサイクル回路200が作動していない状態(以下、ランキンサイクルOFFと呼ぶ)でも、冷却水経路に冷却水が導かれると、作動流体経路内の作動流体は、冷却水と熱交換され冷却水の廃熱によって加熱される場合がある。ランキンサイクルOFF時には、冷却水の廃熱エネルギーが有効利用されないので、作動流体の加熱に使用した冷却水の熱は熱ロスとなる。また、加熱器210を、冷却水回路20にラジエータ21に並列配置するため、追加した加熱器210内を流通する冷却水の熱容量分が、冷却水回路20全体の熱容量を増大させる。このため、内燃機関の始動時における内燃機関の状態によっては、内燃機関10の暖機性能が低下するおそれがある。
閾値(+t)を+5℃として図4の制御処理に従って作動しているものとする。
第6の実施形態では、第5の実施形態で説明した電動式の第2の切換弁28に代えて、図13に示すように、周知構造のサーモスタットを用いた第2の切換弁128とする。図13は、本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。
20 冷却水回路(発熱体循環回路)
21 ラジエータ(冷却用熱交換器)
20a 冷却水回路部
22 温水ポンプ(ポンプ手段)
25 バイパス回路
26 切換弁
27 水温センサ(冷却水温検出手段)
30 ヒータ回路
31 ヒータコア(暖房用熱交換器)
100 内燃機関の廃熱利用装置(発熱体の廃熱利用装置)
200 ランキンサイクル回路
210 加熱器
220 膨張機
250 ポンプ
300 冷凍サイクル回路
310 圧縮機
410 プーリ(駆動機構の一部)
500 駆動伝達装置(駆動機構の一部)
510 電磁クラッチ
520、530 一方向クラッチ
600 制御装置(制御手段)
Claims (12)
- 熱媒体の循環により冷却される発熱体と、
前記発熱体との間で前記熱媒体が循環され、前記熱媒体を冷却する冷却用熱交換器を有する熱媒体循環回路と、
前記発熱体により加熱された前記熱媒体と熱交換して作動流体を加熱する加熱器、および前記加熱器により加熱され蒸発する前記作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機を有するランキンサイクル回路とを備え、
前記加熱器は、前記熱媒体の流れに対して前記冷却用熱交換器と並列に配置されており、
前記熱媒体循環回路は、前記熱媒体を循環させるポンプ手段と、前記加熱器に熱交換する前記熱媒体の流量と前記冷却用熱交換器を流通する前記熱媒体の流量との流量配分を切換え可能な切換手段とを有し、
可変式の前記ポンプ手段および可変式の前記切換手段を駆動制御することが可能な制御手段をさらに備え、
前記熱媒体循環回路内に前記発熱体より吐出された熱媒体の温度に基いて前記ポンプ手段および前記切換手段を駆動制御する前記制御手段は、目標熱媒体温度と、実際の前記発熱体より吐出された熱媒体の温度との偏差を算出し、前記偏差が第1の閾値より小さいときには、前記切換手段の動作による前記流量配分のうち、前記冷却用熱交換器へ前記熱媒体の流通する冷却用熱交換器側流量配分がほぼ零でなければ前記冷却用熱交換器側流量配分を減少するように、前記切換手段を駆動制御し、前記偏差が第2の閾値より大きいときには、前記ポンプ手段の吐出能力に余裕があるならば吐出量を増加するように、前記ポンプ手段を駆動制御することを特徴とする発熱体の廃熱利用装置。 - 前記加熱器は、前記熱媒体の循環する前記発熱体と前記冷却用熱交換器との間から分岐し、前記冷却用熱交換器を迂回して前記冷却用熱交換器の下流に合流するバイパス回路に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の発熱体の廃熱利用装置。
- 前記加熱器は、前記発熱体により加熱された前記熱媒体と熱交換して送風空気を加熱する暖房用熱交換器を有するヒータ回路に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の発熱体の廃熱利用装置。
- 熱媒体の循環により冷却される発熱体と、
前記発熱体との間で前記熱媒体が循環され、前記熱媒体を冷却する冷却用熱交換器を有する熱媒体循環回路と、
前記発熱体により加熱された前記熱媒体と熱交換して作動流体を加熱する加熱器、および前記加熱器により加熱され蒸発する前記作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機を有するランキンサイクル回路とを備え、
前記加熱器は、前記熱媒体循環回路において前記発熱体と前記冷却用熱交換器との間から分岐し前記冷却用熱交換器を迂回して前記冷却用熱交換器の下流側に合流するバイパス回路に設けられることにより、前記熱媒体の流れに対して前記冷却用熱交換器と並列に配置されており、
前記熱媒体循環回路は、前記熱媒体を循環させるポンプ手段と、前記加熱器に熱交換する前記熱媒体の流量と前記冷却用熱交換器を流通する前記熱媒体の流量との流量配分を切換え可能な切換手段とを有し、
可変式の前記ポンプ手段を駆動制御することが可能な制御手段と、前記熱媒体循環回路において前記発熱体の下流側且つ前記冷却用熱交換器および前記加熱器の上流側に設けられ、前記熱媒体循環回路内に前記発熱体より吐出された実際の前記熱媒体の温度を検出する冷却水温検出手段とをさらに備え、
前記ポンプ手段は、前記熱媒体循環回路において前記バイパス回路への分岐部位の上流側且つ前記バイパス回路からの合流部位の下流側に設けられ、
前記切換手段は、前記熱媒体循環回路において前記冷却用熱交換器の下流側且つ前記バイパス回路からの合流部位の上流側に設けられ、前記熱媒体循環回路を循環する前記熱媒体の温度にサーモスタットが感応することにより前記冷却用熱交換器への流量配分を切り換える切換弁であり、
前記熱媒体循環回路内に前記発熱体より吐出された熱媒体の温度に基いて前記ポンプ手段を駆動制御する前記制御手段は、目標熱媒体温度と、前記冷却水温検出手段により検出された前記熱媒体の温度との偏差を算出し、前記偏差が第1の閾値より小さいときには、前記ポンプ手段の吐出流量を減少するように前記ポンプ手段を駆動制御し、前記第1の閾値より大きな第2の閾値に対して前記偏差が大きいときには、吐出量を増加するように前記ポンプ手段を駆動制御することにより、前記加熱器への流量配分を前記冷却用熱交換器への流量配分に優先させることを特徴とする発熱体の廃熱利用装置。 - 熱媒体の循環により冷却される発熱体と、
前記発熱体との間で前記熱媒体が循環され、前記熱媒体を冷却する冷却用熱交換器を有する熱媒体循環回路と、
前記発熱体により加熱された前記熱媒体と熱交換して作動流体を加熱する加熱器、および前記加熱器により加熱され蒸発する前記作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機を有するランキンサイクル回路とを備え、
前記加熱器は、前記熱媒体の流れに対して前記冷却用熱交換器と並列に配置されており、
前記熱媒体循環回路は、前記熱媒体を循環させるポンプ手段と、前記加熱器に熱交換する前記熱媒体の流量と前記冷却用熱交換器を流通する前記熱媒体の流量との流量配分を切換え可能な切換手段とを有し、
可変式の前記切換手段を駆動制御することが可能且つ内燃機関に装着されるメカ式の前記ポンプ手段を駆動制御しない制御手段と、前記熱媒体循環回路において前記発熱体の下流側且つ前記冷却用熱交換器および前記加熱器の上流側に設けられ、前記熱媒体循環回路内に前記発熱体より吐出された実際の前記熱媒体の温度を検出する冷却水温検出手段とをさらに備え、
前記熱媒体循環回路内に前記発熱体より吐出された熱媒体の温度に基いて前記切換手段を駆動制御する前記制御手段は、目標熱媒体温度と、前記冷却水温検出手段により検出された前記熱媒体の温度との偏差を算出し、前記偏差が第1の閾値より小さいときには、前記切換手段による前記冷却用熱交換器への流量配分を減少するように前記切換手段を駆動制御し、前記第1の閾値より大きな第2の閾値に対して前記偏差が大きいときには、前記冷却用熱交換器への流量配分を増加するように前記切換手段を駆動制御することを特徴とする発熱体の廃熱利用装置。 - 前記加熱器は、前記熱媒体の循環する前記発熱体と前記冷却用熱交換器との間から分岐し、前記冷却用熱交換器を迂回して前記冷却用熱交換器の下流に合流するバイパス回路に配置されていることを特徴とする請求項5に記載の発熱体の廃熱利用装置。
- 前記ヒータ回路には、前記熱媒体を循環させることが可能な第2のポンプ手段を備え、
前記第2のポンプ手段は、可変式であることを特徴とする請求項3に記載の発熱体の廃熱利用装置。 - 前記発熱体は回転機であって、
前記第2のポンプ手段は、前記回転機の回転速度に基いて駆動制御されることを特徴とする請求項7に記載の発熱体の廃熱利用装置。 - 前記熱媒体が導かれる前記加熱器の入口側または出口側には、前記加熱器内を流通する前記熱媒体の流れを流通、遮断する第2の切換手段が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の発熱体の廃熱利用装置。
- 前記第2の切換手段は、可変式であることを特徴とする請求項9に記載の発熱体の廃熱利用装置。
- 前記熱媒体の温度が所定の温度以上にあるとき、前記可変式の第2の切換手段を強制駆動する強制遮断制御手段を備えていることを特徴とする請求項10に記載の発熱体の廃熱利用装置。
- 前記発熱体に発生した駆動力を伝達可能な駆動機構と、
前記駆動機構により作動され、循環する冷媒を圧縮する圧縮機を有する冷凍サイクル回路とを備え、
前記膨張機は前記圧縮機に接続され、
前記膨張機に駆動力が発生したときには、前記圧縮機および前記駆動機構のうち少なくとも前記圧縮機に駆動力が付加されることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の発熱体の廃熱利用装置。
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JPH06229072A (ja) * | 1993-02-05 | 1994-08-16 | Hiromi Komaru | 平板状の粘土瓦及びこれを用いた屋根の葺上げ方法 |
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