JP4737230B2 - 排熱回収システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出される排ガスの熱エネルギーを回収する排熱回収システムに関する。

熱機関を用いることにより、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱を回収する排熱回収装置がある。このような用途に用いられる排熱回収装置としては、例えば、理論熱効率に優れたスターリングエンジンがある。特許文献１には、内燃機関から排出される排ガスの通路内に第１スターリングエンジンのヒータ及び第２スターリングエンジンのヒータを設けるとともに、第１スターリングエンジンを排ガスの浄化触媒の下流側に、第２スターリングエンジンを排ガスの浄化触媒の上流側に配置するものが開示されている。

特開２００７−１８７１３９号公報

特許文献１に開示された技術は、排ガスの流れに対してそれぞれの熱交換器のヒータが重なってしまうため、排ガスの流れ方向の上流側のヒータで熱エネルギーが回収されて温度が低下した排ガスが、排ガスの流れ方向の下流側のヒータに導入される。また、内燃機関から排出された排ガスは、まず上流側に配置されるヒータに導入されるので、下流側に配置されるヒータには排ガスが流れにくくなる。その結果、複数のスターリングエンジン間において、発生する動力に差が生ずるおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の排熱回収機関を用いて排熱を回収する場合に、それぞれの排熱回収機関が発生する動力の差を低減することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る排熱回収システムは、排熱回収対象から排出される熱媒体の熱エネルギーを作動流体に与えるヒータを有し、前記熱媒体の熱エネルギーによって動力を発生する複数の排熱回収機関と、少なくとも前記排熱回収機関の個数分設けられて、前記熱媒体を通過させる熱媒体通路と、を含み、それぞれの前記熱媒体通路の内部にそれぞれの前記排熱回収機関が備える前記ヒータが設けられ、かつ、それぞれの前記ヒータは、前記熱媒体の流れる方向の上流側から下流側に向かって配置されることを特徴とする。

本発明の望ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、それぞれの前記排熱回収機関が備える前記ヒータ同士の間に設けられる仕切り部材によって単一の管を仕切ることにより、それぞれの前記熱媒体通路を構成することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、前記熱媒体の流れ方向の上流側に配置される前記ヒータと、前記熱媒体の流れ方向の下流側に配置される前記ヒータが設けられる前記熱媒体通路との間には、断熱材が設けられることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、それぞれの前記熱媒体通路は、それぞれ独立した異なる管で構成されることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、それぞれの前記ヒータは、前記排熱回収機関の出力軸の中心軸と直交する方向において、互いに反対の方向にずれて配置されることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、複数の前記排熱回収機関は、それぞれの出力軸が互いに連結されることが好ましい。

本発明は、複数の排熱回収機関を用いて排熱を回収する場合に、それぞれの排熱回収機関が発生する動力の差を低減できる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。なお、下記の説明により本発明が限定されるものではない。また、下記の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

以下においては、排熱回収機関の一例として外燃機関であるスターリングエンジンを取り上げる。また、以下においては、排熱回収機関であるスターリングエンジンを用いて、車両等に搭載される内燃機関が排出する排ガスの熱エネルギーを回収する例、すなわち、排熱の回収対象は内燃機関である例を説明するが、排熱の回収対象はこれに限られない。本実施例においては、例えば、工場やプラント、あるいは発電施設の排熱を回収対象としてもよい。

本実施例は、内燃機関から排出される熱媒体、すなわち排ガスの熱エネルギーを回収する複数の排熱回収機関と、少なくとも排熱回収機関の個数分設けられて、内燃機関から排出される熱媒体、すなわち排ガスを通過させる熱媒体通路と、を含み、それぞれの熱媒体通路の内部にそれぞれの排熱回収機関が備えるヒータが設けられ、かつ、それぞれのヒータは、熱媒体の流れる方向の上流側から下流側に向かって配置される点に特徴がある。まず、本実施例に係る排熱回収システムを構成する排熱回収機関であるスターリングエンジンの構成を説明する。

図１は、実施例１に係るスターリングエンジンを示す断面図である。図２は、実施例１に係るスターリングエンジンが備える気体軸受の構成例、及びピストンの支持に用いる近似直線機構の構成例を示す断面図である。スターリングエンジン１００は、いわゆる外燃機関であり、排熱の回収対象である内燃機関のような熱機関等から排出される排ガス（熱媒体に相当する）等が有する熱エネルギーを運動エネルギーに変換し、クランクシャフト１１０の回転運動として取り出すものである。クランクシャフト１１０は、スターリングエンジン１００の出力軸となる。なお、クランクシャフト１１０は、回転軸（排熱回収機関回転軸）Ｚｓを中心として回転する。排熱回収機関回転軸Ｚｓは、スターリングエンジン１００の出力軸であるクランクシャフト１１０の中心軸である。

本実施例において、スターリングエンジン１００は、α型の直列２気筒スターリングエンジンである。スターリングエンジン１００は、第１シリンダである高温側シリンダ１０１の内部に収められた第１ピストンである高温側ピストン１０３と、第２シリンダである低温側シリンダ１０２の内部に収められた第２ピストンである低温側ピストン１０４とが一列に並んで、すなわち、直列に配置されている。そして、スターリングエンジン１００は、高温側シリンダ１０１の内部を高温側ピストン１０３が往復運動し、低温側シリンダ１０２の内部を低温側ピストン１０４が往復運動する、レシプロ式の熱機関である。

高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２とは、基準体である基板１１１に、直接、又は間接的に支持されるとともに固定されている。本実施例に係るスターリングエンジン１００においては、この基板１１１が、スターリングエンジン１００の各構成要素の位置基準となる。このように構成することで、前記各構成要素の相対的な位置精度を確保できる。

後述するように、本実施例に係るスターリングエンジン１００は、高温側シリンダ１０１と高温側ピストン１０３との間、及び低温側シリンダ１０２と低温側ピストン１０４との間に気体軸受ＧＢを介在させる。基準体である基板１１１に、高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２とを直接又は間接的に取り付けることにより、ピストンとシリンダとのクリアランスを精度よく保持できるので、気体軸受ＧＢの機能を十分に発揮させることができる。さらに、スターリングエンジン１００の組み立ても容易になる。

高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２との間には、略Ｕ字形状のヒータ（加熱器）１０５と再生器１０６とクーラー１０７とで構成される熱交換器１０８が配置される。このように、ヒータ１０５を略Ｕ字形状にすることによって、内燃機関の排気通路内のような比較的狭い空間にも、ヒータ１０５を容易に配置することができる。また、このスターリングエンジン１００のように、高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２とを直列に配置することにより、内燃機関の排気通路のような筒状の空間にもヒータ１０５を比較的容易に配置することができる。熱交換器１０８の構成要素のうち、少なくともヒータ１０５が、排熱回収対象である内燃機関の排気通路（熱媒体通路に相当する）２８内に配置される。

ヒータ１０５の一方の端部は高温側シリンダ１０１と接続され、他方の端部は再生器１０６と接続される。再生器１０６は、一方の端部がヒータ１０５と接続され、他方の端部はクーラー１０７と接続される。クーラー１０７の一方の端部は再生器１０６と接続され、他方の端部は低温側シリンダ１０２と接続される。高温側シリンダ１０１及び低温側シリンダ１０２及び熱交換器１０８内には作動流体（本実施例では空気）が封入されており、高温側シリンダ１０１とヒータ１０５との間、及びヒータ１０５と再生器１０６との間、及び再生器１０６とクーラー１０７との間、及びクーラー１０７と低温側シリンダ１０２との間で前記作動流体が流出入する。

このような構成により、ヒータ１０５によって排ガスの熱エネルギーが作動流体へ与えられ、また、クーラー１０７で作動流体から熱が放出されて、スターリングサイクルが構成される。これによって、スターリングエンジン１００が動力を発生する。スターリングエンジン１００が発生した動力は、クランクシャフト１１０から取り出される。ここで、高温側シリンダ１０１の内部であって作動流体が存在する空間を高温側作動空間ＭＳＨ、低温側シリンダ１０２の内部であって作動流体が存在する空間を低温側作動空間ＭＳＬという。両者を区別しない場合には、単に作動空間ＭＳという。作動空間ＭＳは、内部の作動流体が膨張し又は圧縮される空間である。

ヒータ１０５、クーラー１０７は、例えば、熱伝導率が高く耐熱性に優れた材料（例えば銅や銅合金）のチューブを複数束ねた構成とすることができる。また、再生器１０６は、多孔質の蓄熱体で構成することができる。なお、ヒータ１０５、クーラー１０７及び再生器１０６の構成は、この例に限られるものではなく、熱源の熱条件やスターリングエンジン１００の仕様等によって、好適な構成を選択することができる。

高温側ピストン１０３及び低温側ピストン１０４は、高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２内に気体軸受ＧＢを介して支持されている。すなわち、潤滑油を用いないで、ピストンをシリンダ内で往復運動させる構造である。これによって、ピストンとシリンダとの摩擦を低減して、スターリングエンジン１００の熱効率を向上させることができる。また、ピストンとシリンダとの摩擦を低減することにより、例えば、内燃機関の排ガスから熱エネルギーを回収する場合のように、低熱源、低温度差の運転条件下において排熱回収を行う場合でも、スターリングエンジン１００を運転して熱エネルギーを回収できる。

気体軸受ＧＢを構成するため、図２に示す、高温側ピストン１０３と高温側シリンダ１０１とのクリアランスｔｃは、高温側ピストン１０３及びの高温側シリンダ１０１の全周にわたって十数μｍ〜数十μｍとする。なお、低温側ピストン１０４及び低温側シリンダ１０２も同様の構成である。高温側シリンダ１０１と高温側ピストン１０３と低温側シリンダ１０２と低温側ピストン１０４とは、例えば、加工の容易な金属材料を用いて構成することができる。

本実施例においては、高温側ピストン１０３及び低温側ピストン１０４の側壁に設けた給気口ＨＥから気体（本実施例では作動流体と同じ空気）ａを流出させて、気体軸受ＧＢを形成する。図１、図２に示すように、高温側ピストン１０３及び低温側ピストン１０４の内部には、それぞれ高温側ピストン内空間１０３ＩＲ及び低温側ピストン内空間１０４ＩＲが形成される。

高温側ピストン１０３には、高温側ピストン内空間１０３ＩＲへ気体ａを供給するための気体導入口ＨＩが設けられており、低温側ピストン１０４には、低温側ピストン内空間１０４ＩＲへ気体ａを供給するための気体導入口ＨＩが設けられている。それぞれの気体導入口ＨＩには、気体供給管１１８が接続されている。気体供給管１１８の一端は、気体軸受用ポンプ１１７に接続されており、気体軸受用ポンプ１１７から吐出される気体ａを高温側ピストン内空間１０３ＩＲ及び低温側ピストン内空間１０４ＩＲへ導く。

高温側ピストン内空間１０３ＩＲ及び低温側ピストン内空間１０４ＩＲへ導入された気体ａは、高温側ピストン１０３及び低温側ピストン１０４の側壁に設けた給気口ＨＥから流出して、気体軸受ＧＢを形成する。なお、この気体軸受ＧＢは、静圧気体軸受である。なお、本実施例の気体軸受ＧＢは静圧気体軸受であるが、動圧気体軸受を用いてもよい。

高温側ピストン１０３、低温側ピストン１０４の往復運動は、コネクティングロッド１０９によって出力軸であるクランクシャフト１１０に伝達され、ここで回転運動に変換される。なお、コネクティングロッド１０９は、図２に示す近似直線機構（例えばグラスホッパ機構やワットリンク機構）１１９によって支持してもよい。このようにすれば、高温側ピストン１０３及び低温側ピストン１０４を略直線状に往復運動させることができる。

このように、コネクティングロッド１０９を近似直線機構１１９によって支持すれば、高温側ピストン１０３のサイドフォースＦＳ（ピストンの径方向に向かう力）がほとんど０になるので、負荷能力の小さい気体軸受ＧＢによっても十分に高温側ピストン１０３、低温側ピストン１０４を支持できる。本実施例では、近似直線機構１１９によってサイドフォースＦＳの大部分を支持し、低温側ピストン１０４等の往復運動が近似直線運動から外れる際に発生する分のサイドフォースＦＳを気体軸受ＧＢによって支持する。

図１に示すように、スターリングエンジン１００を構成する高温側シリンダ１０１、高温側ピストン１０３、コネクティングロッド１０９、クランクシャフト１１０等の各構成要素は、筐体１１４に格納される。ここで、スターリングエンジン１００の筐体１１４は、クランクケース１１４Ａと、シリンダブロック１１４Ｂとを含んで構成されている。筐体１１４内は、筐体内加圧手段である加圧用ポンプ１１５により加圧される。このように、加圧用ポンプ１１５で筐体１１４内を加圧して、高温側作動空間ＭＳＨ、低温側作動空間ＭＳＬ、及び熱交換器１０８内の作動流体を加圧することにより、作動流体が熱エネルギーを取り込むときにおける作動流体の容量を大きくする。これによって、スターリングエンジン１００の出力軸であるクランクシャフト１１０から、より多くの出力を取り出すことができる。

スターリングエンジン１００が規定の出力を発生する場合、筐体１１４の内部は、例えば規定の圧力（例えば１ＭＰａ程度）に加圧されている。このため、クランクシャフト１１０と筐体１１４との間の気密を保持するように構成して、クランクシャフト１１０の回転運動を筐体１１４の外部へ取り出す必要がある。本実施例では、図１に示すように、クランクシャフト１１０の回転を非接触で従動軸（磁気カップリング従動軸）２へ伝達する磁気カップリング９を介して、クランクシャフト１１０の出力を筐体１１４の外部へ取り出す。すなわち、スターリングエンジン１００の出力は、磁気カップリング９が備える従動軸２から取り出される。

このように、従動軸２は、スターリングエンジン１００の出力軸となる。従動軸２は、排熱回収機関回転軸Ｚｓを中心として回転する。排熱回収機関回転軸Ｚｓは、スターリングエンジン１００の出力軸である従動軸２の中心軸である。なお、磁気カップリング９の代わりに、クランクシャフト１１０と筐体１１４を構成するクランクケース１１４Ａとの間にシール軸受を設けて、クランクシャフト１１０と筐体１１４との間の気密を保持するようにしてもよい。

ここで、図１に示すように、クランクシャフト１１０のトルクを変化させて出力する変換手段である増速装置３を設け、クランクシャフト１１０の回転速度を増速してから磁気カップリング９へ入力してもよい。これによって、クランクシャフト１１０のトルクを低下させることができるので、磁気カップリング９のトルク伝達容量を抑えることができる。また、スターリングエンジン１００を起動する際には、電動機のような起動手段の出力を従動軸２へ入力してクランクシャフト１１０を回転させるが、この場合には増速装置３が減速装置として機能する。これによって、磁気カップリング９のトルク伝達容量を抑えることができる。

図１に示すスターリングエンジン１００は、高温側シリンダ１０１側に磁気カップリング９及び増速装置９が配置される。ここで、２台のスターリングエンジン１００のクランクシャフト１１０を連結する場合、低温側シリンダ１０２側にも磁気カップリング（入力用磁気カップリング）９Ｉを配置する。そして、１台のスターリングエンジン１００が備える入力側磁気カップリング９Ｉの従動軸と、もう１台のスターリングエンジン１００が備える磁気カップリング９の従動軸２とを連結してもよい。このようにすれば、２台のスターリングエンジン１００が発生する動力を合成して取り出すことができる。なお、スターリングエンジン１００を単独で用いる場合、磁気カップリング９は、高温側シリンダ１０１側又は低温側シリンダ１０２側のいずれかに配置されていればよい。

図３−１は、実施例１に係る排熱回収システムを用いて車両に搭載される内燃機関の排熱回収を実行する場合の構成例を示す模式図である。図３−２は、実施例１に係る排熱回収システムが車両に搭載された状態を示す側面図である。図３−３は、実施例１に係る排熱回収システムが車両に搭載された状態を示す正面図である。本実施例に係る排熱回収システム１は、複数台（本実施例では２台）のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂを備える。そして、それぞれのスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂのヒータ１０５を、排熱回収対象である内燃機関７１の排気通路２８の内部に配置し、内燃機関７１から排出される排ガスＥｘの熱エネルギーを回収する。スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂのそれぞれのヒータは、排ガスＥｘが流れる方向の上流側から下流側に向かって配置される。したがって、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂも、排ガスＥｘが流れる方向の上流側から下流側に向かって配置される。

本実施例において、内燃機関７１は、例えば、乗用車やトラック等の車両２００に搭載されて、車両２００の動力源となる。内燃機関７１は、車両２００の走行中においては主たる動力源として動力を発生し、車両２００を走行させる。一方、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂは、排ガスＥｘの温度がある程度の温度にならないと、必要最低限の出力を生み出すことができない。したがって、本実施例において、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂは、内燃機関７１の排出する排ガスＥｘの温度が所定温度を超えたら内燃機関７１の排ガスＥｘから熱エネルギーを回収して出力を発生し、内燃機関７１とともに車両２００を走行させる。このように、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂは、車両２００の従たる動力源となる。

本実施例において、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂを用いて回収した排ガスＥｘの熱エネルギーは、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂで運動エネルギーに変換される。スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの出力軸同士は連結シャフト８によって連結される。これによって、本実施例では、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの動力を合成して、スターリングエンジン１００Ａの出力軸である従動軸２から取り出す。従動軸２には、動力断続手段であるクラッチ７６が取り付けられており、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの出力は、クラッチ７６を介してスターリングエンジン用変速機７５に伝達される。

内燃機関７１の出力は、内燃機関７１の出力軸７１ｓを介して内燃機関用変速機７４に入力される。そして、内燃機関用変速機７４は、内燃機関７１の動力と、スターリングエンジン用変速機７５から出力されるスターリングエンジン１００の動力とを合成して変速機出力軸７９に出力し、デファレンシャルギヤ８０を介して駆動輪８１を駆動する。

ここで、動力断続手段であるクラッチ７６は、内燃機関用変速機７４とスターリングエンジン１００Ａとの間に設けられる。本実施例では、スターリングエンジン用変速機７５の入力軸７５ｓとスターリングエンジン１００の従動軸２との間に設けられる。クラッチ７６は、係合、解放することによって、スターリングエンジン１００Ａの従動軸２と、スターリングエンジン用変速機７５の入力軸７５ｓとの機械的な接続を断続する。ここで、クラッチ７６は、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって制御される。

クラッチ７６を係合すると、スターリングエンジン１００Ａの従動軸２と内燃機関７１の出力軸７１ｓとは、スターリングエンジン用変速機７５及び内燃機関用変速機７４を介して直結される。これによって、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの発生する動力及び内燃機関７１の発生する動力は内燃機関用変速機７４で合成され、変速機出力軸７９から取り出される。一方、クラッチ７６を開放すると、内燃機関７１の出力軸７１ｓはスターリングエンジン１００Ａの従動軸２と切り離されて回転する。このように、本実施例では、排熱回収システム１を構成する複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの動力を、スターリングエンジン用変速機７５を介して内燃機関用変速機７４へ入力し、内燃機関７１の動力と合成して取り出して、車両２００を走行させる。

図３−２、図３−３に示すように、排熱回収システム１を構成するスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂは、車両２００の床２０１の路面側、すなわち床下に搭載される。一般に、車両２００の床下は狭いので、複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂを車両２００の床下に搭載する場合、高さＨ方向に複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂを並べて配置することは困難である。一方、車両２００の長さＬ方向及び幅Ｗ方向にはある程度余裕があるため、車両２００の長さＬ方向及び幅Ｗ方向に複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂを並べて配置することは比較的容易である。また、車両２００に搭載される内燃機関７１の排ガスＥｘを流す方向は、車両２００の長さ方向である。したがって、車両２００の床下に複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂを配置する場合、本実施例のように、車両２００の長さＬ方向に並べて配置することが合理的である。

図４は、実施例１に係る排熱回収システムにおけるスターリングエンジン出力軸の連結手法を示す模式図である。排熱回収システム１を構成する複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂは、スターリングエンジン１００Ｂの磁気カップリング９とスターリングエンジン１００Ａの入力用磁気カップリング９Ｉとが連結シャフト８で連結される。

スターリングエンジン１００Ｂのクランクシャフト１１０は磁気カップリング９に連結されており、また、スターリングエンジン１００Ａの入力用磁気カップリング９Ｉはスターリングエンジン１００Ａのクランクシャフト１１０に連結されている。このような構成により、スターリングエンジン１００Ｂのクランクシャフト１１０は、磁気カップリング９、連結シャフト８、入力用磁気カップリング９Ｉを介して、スターリングエンジン１００Ａのクランクシャフト１１０と連結される。

なお、上述したように、磁気カップリング９及び入力用磁気カップリング９Ｉの代わりに、クランクシャフト１１０と図１に示すクランクケース１１４Ａとの間にシール軸受を設けて、クランクシャフト１１０をクランクケース１１４Ａから直接取り出してもよい。この場合、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂのそれぞれのクランクシャフト１１０が、例えば、継ぎ手によって連結される。このように、本実施例では、それぞれのスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂのクランクシャフト１１０同士を、間接的に、又は直接連結する。

それぞれのスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂが備えるクランクシャフト１１０同士を連結することにより、それぞれのスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの発生する動力が合成される。合成された複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの動力は、スターリングエンジン１００Ａの磁気カップリング９を構成する従動軸２から出力された後、上述したように、内燃機関７１の動力と合成される。

図４に示すように、排ガスＥｘが流れる方向の上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａと、排ガスＥｘが流れる方向において、スターリングエンジン１００Ａよりも下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂとは、いずれも高温側シリンダ１０１が、排ガスＥｘが流れる方向の上流側に配置される。これによって、温度の高い排ガスＥｘがヒータ１０５の高温側シリンダ１０１側を流れるので、高温側シリンダ１０１内に流入する作動流体を効率的に加熱できる。その結果、高温側シリンダ１０１内に流入する作動流体の温度を高くできるので、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの熱効率が向上する。

図５は、実施例１に係る排熱回収システムを構成するスターリングエンジンの他の構成例を示す模式図である。この例では、複数（より具体的には２台）のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂは、クランクケース１１４Ａ及びクランクシャフト１１０を共通としている。スターリングエンジン１００Ａは排ガスＥｘが流れる方向の上流側に配置され、スターリングエンジン１００Ｂは、排ガスＥｘが流れる方向においてスターリングエンジン１００Ａの下流側に配置される。そして、排ガスＥｘが流れる方向に向かって、スターリングエンジン１００Ａの高温側シリンダ１０１、低温側シリンダ１０２、スターリングエンジン１００Ｂの高温側シリンダ１０１、低温側シリンダ１０２の順に配列される。

スターリングエンジン１００Ａ側のクランクシャフト１１０とスターリングエンジン１００Ｂ側のクランクシャフト１１０とは一体化されており、クランクシャフト１１０の回転は、磁気カップリング９を介して従動軸２へ伝達される。このように、本実施例においては、図３−１等に示す排熱回収システム１を構成する複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂのクランクケース１１４Ａ及びクランクシャフト１１０を共通としてもよい。このようにすれば、複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの出力軸同士を連結する手段が不要になるので、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの出力軸方向の寸法をコンパクトにできる。

本実施例においては、高温側シリンダ１０１と熱交換器１０８と低温側シリンダ１０２との組み合せが一つで一個のスターリングエンジン１００とし、図５に示すように、クランクシャフト１１０や筐体の一部であるクランクケース１１４Ａを共通とする場合は、複数（図５の例では２個）のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂであるとする。次に、本実施例に係る排熱回収システムを説明する。以下において、複数台のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの出力軸同士の連結構造や筐体を共通とするか否かは問わない。

図６は、実施例１に係る排熱回収システムを示す側面図である。図７は、実施例１に係る排熱回収システムの正面図である。排熱回収システム１は、複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂを備えており、車両の床２０１と路面との間、すなわち車両の床下に搭載される。排熱回収システム１を構成するそれぞれのスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂのヒータ１０５は、熱媒体通路である排気通路２８内に配置される。

排気通路２８は、排ガスＥｘが流れる方向の上流側（以下、上流側という）に配置されるスターリングエンジン１００Ａへ排ガスＥｘを導く第１の排気通路（第１の熱媒体通路）２８Ａと、排ガスＥｘが流れる方向において、スターリングエンジン１００Ａよりも下流側（以下、下流側という）に配置されるスターリングエンジン１００Ｂへ排ガスＥｘを導く第２の排気通路（第２の熱媒体通路）２８Ｂとで構成される。このように、排気通路２８は、少なくとも複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの個数分設けられる。ここで、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂは、いずれも図１に示すスターリングエンジン１００と同様の構成であり、記号Ａ、Ｂは、上流側と下流側とを区別するためのものである。

本実施例において、排熱回収システム１を構成するスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂは、排ガスＥｘが流れる方向に向かって、スターリングエンジン１００Ａの高温側シリンダ１０１、低温側シリンダ１０２、スターリングエンジン１００Ｂの高温側シリンダ１０１、低温側シリンダ１０２の順に一列に並んで配列される。すなわち、それぞれのシリンダ中心軸Ｚｃは、排熱回収機関回転軸Ｚｓに対してすべて同じ角度となっている。スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの高温側シリンダ１０１は、いずれも排ガスＥｘの流れ方向の上流側に配置される。また、それぞれのスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの排熱回収機関回転軸Ｚｓは、排ガスＥｘの流れ方向に対して略平行になるように配置される。また、複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂは、上述したように、それぞれの出力軸同士が互いに連結されるので、複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの出力軸の中心軸、すなわち、排熱回収機関回転軸Ｚｓが同一になる。これによって、排熱回収システム１は、長手方向（排熱回収機関回転軸Ｚｓ方向）及び幅方向（排熱回収機関回転軸Ｚｓ及びシリンダ中心軸Ｚｃと直交する方向）の寸法をコンパクトにできる。

この排熱回収システム１では、排熱回収機関回転軸Ｚｓの方向からスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂを見た場合、ヒータ１０５はシリンダ中心軸Ｚｃに対して略平行に配置される。すなわち、ヒータ１０５の中心軸Ｚｈは、シリンダ中心軸Ｚｃと略平行に配置される。したがって、排熱回収機関回転軸Ｚｓの方向からスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂを見た場合、図７に示すように、下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５は、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５に隠れてしまう。したがって、排気通路２８を単一の管で形成するとともに、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂのヒータを単一の管の中に配置すると、下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５に排ガスが流れにくくなる。その結果、スターリングエンジン１００Ａとスターリングエンジン１００Ｂとの間で、動力差が発生するおそれがある。

そこで、本実施例では、上流側のスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５と下流側のスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５との間に、仕切り部材２９を設ける。これによって、単一の管で構成される排気通路２８の内部を仕切り部材２９で仕切って、単一の管で構成される排気通路２８の内部に、第１の排気通路２８Ａと第２の排気通路２８Ｂとを構成する。そして、排ガスＥｘは、第１の排気通路２８Ａの入口２８Ｉ１と第２の排気通路２８Ｂの入口２８Ｉ２との両方に流入して、それぞれのスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂのヒータ１０５へ流入した後、第１の排気通路２８Ａの出口２８Ｗ１と第２の排気通路２８Ｂの出口２８Ｗ２との両方から流出する。

このような構成により、第１の排気通路２８Ａと第２の排気通路２８Ｂとの両方に、それぞれ別個に排ガスＥｘが導入されるので、上流側のスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５及び下流側のスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５に供給される排ガスＥｘは、それぞれ同程度の温度となる。その結果、スターリングエンジン１００Ａとスターリングエンジン１００Ｂとが発生する動力は同程度になるので、両者の動力差が低減される。これによって、排熱回収システム１のように、複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの動力を合成して取り出す場合には、それぞれのスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの動力差を吸収する機構が不要、あるいは簡易な構成とすることができる。

仕切り部材２９は、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５と、下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５との間に設けられていればよい。すなわち、仕切り部材２９は、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５の低温側シリンダ１０２側と、下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５の高温側シリンダ１０１側との間（図６のＡ、Ｂで示す部分）に渡されていればよい。しかし、本実施例のように、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５の側部及び下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５の側部にも仕切り部材２９を設けると、より確実に排ガスＥｘを分岐させて、それぞれのスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂのヒータへ導入できる。なお、図１に示す再生器１０６を第１排気通路２８Ａ及び第２排気通路２８Ｂの内部へ配置する場合、再生器１０６の側部にも仕切り部材２９を設けることが好ましい。

特に、本実施例では、第２の排気通路２８Ｂが上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５と隣接して設けられ、また、第１の排気通路２８Ａが下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５と隣接して設けられる。したがって、仕切り部材２９をヒータ１０５の側部にも設けることにより、それぞれのスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂのヒータ１０５と、第１の排気通路２８Ａを流れる排ガスＥｘあるいは第２の排気通路２８Ｂを流れる排ガスＥｘとの接触を抑制できる。

すなわち、第２の排気通路２８Ｂにおいては、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５と、第２の排気通路２８Ｂを流れる排ガスＥｘとの接触が抑制されるので、排ガスＥｘは温度低下が最小限に抑えられた状態で下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５へ流入する。また、第１の排気通路２８Ａにおいては、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５を通過した後の温度が低下した排ガスＥｘと、下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５との接触が抑制されるので、下流側のヒータ１０５の温度低下が抑制できる。その結果、複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの動力差をより確実に低減できる。

また、排ガスＥｘが流れる方向の上流側に配置されるヒータ１０５と、排ガスＥｘが流れる方向の下流側に配置されるヒータ１０５が設けられる熱媒体通路、すなわち、第２の排気通路２８Ｂとの間には、断熱材３０を設けてもよい（以下の例でも同様）。これによって、第２の排気通路２８Ｂを流れる排ガスＥｘの熱が、第２の排気通路２８Ｂに隣接して設けられる、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５へ移動することを抑制できる。その結果、下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５へ流入する排ガスＥｘの温度低下をより確実に抑制できるので、複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの動力差をより確実に低減できる。なお、断熱材３０は、第２の排気通路２８Ｂ側に設けても、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５側に設けてもよい。また、仕切り部材２９自体に断熱構造を設けてもよい。

また、第１の排気通路２８Ａが下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５と隣接する部分には、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａのヒータ１０５で熱エネルギーが回収され、温度の低下した排ガスＥｘが流れる。このため、排ガスＥｘが流れる方向の下流側に配置されるヒータ１０５と、排ガスＥｘが流れる方向の上流側に配置されるヒータ１０５が設けられる熱媒体通路、すなわち、第１の排気通路２８Ａとの間にも、断熱材を設けてもよい（以下の例でも同様）。

これによって、下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５に流入した排ガスＥｘの熱が第１の排気通路２８Ａを流れる温度の低下した排ガスＥｘに奪われることを抑制できる。その結果、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂそれぞれのヒータ１０５の温度差を抑制できるので、複数のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂの動力差をより確実に低減できる。なお、この断熱材も、第１の排気通路２８Ａ側に設けても、下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂのヒータ１０５側に設けてもよい。また、仕切り部材２９自体を断熱構造としてもよい。

仕切り部材２９は、例えば、板状の部材であり、排気通路２８の内部に取り付けてもよいし、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂに取り付けてもよい。仕切り部材２９を排気通路の内部に取り付ける場合、例えば、スターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂのヒータ１０５と向かい合う側の排気通路内壁面に溶接等で取り付ける。また、仕切り部材２９をスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂに取り付ける場合、例えば、ヒータ１０５に仕切り部材２９を固定したり、図１に示す基板１１１に仕切り部材２９を固定したりする。

排熱回収システム１は、２台のスターリングエンジン１００Ａ、１００Ｂを備えるが、スターリングエンジンの個数はこれに限定されるものではない。熱媒体通路である排気通路２８は、スターリングエンジンの個数に応じて、少なくともスターリングエンジンの個数分に仕切られる。

（第１変形例）
図８は、実施例１の第１変形例に係る排熱回収システムを示す側面図である。図９は、実施例１の第１変形例に係る排熱回収システムの正面図である。本変形例は、上述した実施例１と略同様の構成であるが、スターリングエンジン１００Ａａ、１００Ｂａのそれぞれのヒータ１０５ａを傾斜させる点が異なる。他の構成は、上述した実施例１と同様であり、実施例１で開示した構成は、本変形例にも適用できる。

図８、図９に示すように、排熱回収システム１ａは、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａａのヒータ１０５ａと下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂａのヒータ１０５ａとの間に、仕切り部材２９ａが設けられる。これによって、単一の管で構成される排気通路２８ａの内部を仕切り部材２９ａで仕切って、単一の管で構成される排気通路２８ａの内部に、第１の排気通路２８Ａａと第２の排気通路２８Ｂａとを構成する。

図９に示すように、排熱回収システム１ａを構成する上流側のスターリングエンジン１００Ａａ及び下流側のスターリングエンジン１００Ｂａは、シリンダ中心軸Ｚｃ及び排熱回収機関回転軸Ｚｓを含む平面に対してそれぞれのヒータ１０５ａが反対の方向に傾斜している。すなわち、それぞれのヒータ１０５ａの中心軸Ｚｈが所定の角度θ１で交差する。そして、スターリングエンジン１００Ａａ、１００Ｂａそれぞれのヒータ１０５ａは、前記平面に対して傾斜した状態で、第１の排気通路２８Ａａの内部と第２の排気通路２８Ｂａの内部とに配置される。これによって、スターリングエンジン１００Ａａ、１００Ｂａそれぞれのヒータ１０５ａは、出力軸の中心軸である排熱回収機関回転軸Ｚｓと直交する方向において、互いに反対の方向にずれて配置される。なお、スターリングエンジン１００Ａａ、１００Ｂａのそれぞれの高温側シリンダ１０１、低温側シリンダ１０２は、一列に並べて配置されて、シリンダ中心軸Ｚｃがすべて平行になるように構成される。

上述のように、スターリングエンジン１００Ａａ、１００Ｂａのヒータを傾斜させることにより、排熱回収機関回転軸Ｚｓの方向からスターリングエンジン１００Ａａ、１００Ｂａを見た場合、上流側のヒータ１０５ａと下流側のヒータ１０５ａとが重なる部分はヒータ１０５ａを傾斜させない場合よりも小さくなる。これによって、スターリングエンジン１００Ａａ、１００Ｂａそれぞれのヒータ１０５ａを傾斜させない場合と比較して、第１の排気通路２８Ａａ及び第２の排気通路２８Ｂａの屈曲部を低減できる。その結果、本変形例は、上記実施例１の奏する作用、効果に加え、排ガスＥｘが流れる際の抵抗を低減できるので、排熱回収対象である熱機関、すなわち、図３−１に示す内燃機関７１の排気効率の低下が抑制されるという作用、効果が得られる。また、排熱回収システム１ａは、ヒータ１０５ａを傾斜させない場合と比較して仕切り部材２９ａの形状を簡素化できるので、排熱回収システム１ａの製造や保守、点検が容易になる。

（第２変形例）
図１０は、実施例１の第２変形例に係る排熱回収システムを示す側面図である。図１１は、実施例１の第２変形例に係る排熱回収システムの正面図である。本変形例は、上述した実施例１の第１変形例と略同様であって、スターリングエンジン１００Ａｂの高温側シリンダ１０１及び低温側シリンダ１０２と、スターリングエンジン１００Ｂｂの高温側シリンダ１０１及び低温側シリンダ１０２とを傾斜させることにより、スターリングエンジン１００Ａｂ、１００Ｂｂのヒータ１０５ｂを傾斜させる点が異なる。他の構成は、上述した実施例１の第１変形例と同様であり、実施例１の第１変形例で開示した構成は、本変形例にも適用できる。

図１０、図１１に示すように、排熱回収システム１ｂは、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａｂのヒータ１０５ｂと下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂｂのヒータ１０５ｂとの間に、仕切り部材２９ｂが設けられる。これによって、単一の管で構成される排気通路２８ｂの内部を仕切り部材２９ｂで仕切って、単一の管で構成される排気通路２８ｂの内部に、第１の排気通路２８Ａｂと第２の排気通路２８Ｂｂとを構成する。

図１１に示すように、上流側のスターリングエンジン１００Ａｂを構成する高温側シリンダ１０１及び低温側シリンダ１０２と、下流側のスターリングエンジン１００Ｂｂを構成する高温側シリンダ１０１及び低温側シリンダ１０２とは、排熱回収機関回転軸Ｚｓを中心として、シリンダ中心軸Ｚｃがそれぞれ反対の方向に傾斜している。それぞれのスターリングエンジン１００Ａｂ、１００Ｂｂは、ヒータ１０５ｂの中心軸Ｚｈとシリンダ中心軸Ｚｃとが平行なので、上記構成により、それぞれのヒータ１０５ｂは、排熱回収機関回転軸Ｚｓを中心として異なる方向に傾斜し、それぞれのヒータ１０５ｂの中心軸Ｚｈは、所定の角度θ２で交差する。これによって、スターリングエンジン１００Ａｂ、１００Ｂｂそれぞれのヒータ１０５ｂは、出力軸の中心軸である排熱回収機関回転軸Ｚｓと直交する方向において、互いに反対の方向にずれて配置される。

このように構成しても、スターリングエンジン１００Ａｂ、１００Ｂｂそれぞれのヒータ１０５ａを傾斜させない場合と比較して、第１の排気通路２８Ａｂ及び第２の排気通路２８Ｂｂの屈曲部を低減できる。その結果、本変形例は、上述した実施例１の第１変形例と同様の作用、効果を奏する。

以上、本実施例及びその変形例では、排熱回収対象から排出される熱媒体の熱エネルギーを回収する複数の排熱回収機関と、少なくとも排熱回収機関の個数分設けられて、熱媒体を通過させる熱媒体通路と、を含み、それぞれの熱媒体通路の内部にそれぞれの排熱回収機関が備えるヒータが設けられ、かつ、それぞれのヒータは、熱媒体の流れる方向の上流側から下流側に向かって配置される。これによって、それぞれの排熱回収機関が備えるヒータに独立して熱媒体が供給されるので、それぞれのヒータに供給される熱媒体の温度差を低減できる。その結果、それぞれの排熱回収機関は同程度の大きさの動力を発生するので、複数の排熱回収機関を用いて排熱を回収する場合に、それぞれの排熱回収機関が発生する動力の差を低減できる。

実施例２は、実施例１と略同様の構成であるが、熱媒体が流れる方向の上流側に配置される排熱回収機関のヒータを設ける熱媒体通路と、熱媒体が流れる方向の下流側に配置される排熱回収機関のヒータを設ける熱媒体通路とを、それぞれ独立した異なる管で構成する点が異なる。他の構成は実施例１と同様である。

図１２は、実施例２に係る排熱回収システムを示す平面図である。図１３は、実施例２に係る排熱回収システムの正面図である。排熱回収システム１ｃを構成する複数のスターリングエンジン１００Ａｃ、１００Ｂｃの配置やこれらのシリンダ配置は、上述した実施例１と同様であるので説明を省略する。

排熱回収システム１ｃを構成する複数のスターリングエンジン１００Ａｃ、１００Ｂｃのヒータ１０５ｃへ、図３−１に示す内燃機関７１の排ガスＥｘを供給する熱媒体通路である排気通路２８ｃは、異なる２本の管で構成される。すなわち、排気通路２８ｃは、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａｃのヒータ１０５ｃが内部に配置される第１の排気通路２８Ａｃと、下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂｃのヒータ１０５ｃが内部に配置される第２の排気通路２８Ｂｃとで構成される。

このように、複数のスターリングエンジン１００Ａｃ、１００Ｂｃそれぞれのヒータ１０５ｃを、異なる管で構成される第１の排気通路２８Ａｃの内部と第２の排気通路２８Ｂｃの内部とに設ける。これによって、第１の排気通路２８Ａｃと第２の排気通路２８Ｂｃとの両方に、それぞれ別個に排ガスＥｘが導入されるので、上流側のスターリングエンジン１００Ａｃのヒータ１０５ａ及び下流側のスターリングエンジン１００Ｂｃのヒータ１０５ａに供給される排ガスＥｘは、それぞれ同程度の温度となる。その結果、スターリングエンジン１００Ａｃとスターリングエンジン１００Ｂｃとが発生する動力は同程度になるので、両者の動力差が低減される。

また、排熱回収システム１ｃは、別個独立の第１の排気通路２８Ａｃと第２の排気通路２８Ｂｃとにそれぞれのスターリングエンジン１００Ａｃ、１００Ｂｃのヒータ１０５ｃを格納する。これによって、第１の排気通路２８Ａｃ内の排ガスＥｘと第２の排気通路２８Ｂｃ内の排ガスＥｘとの干渉を完全に排除できるので、複数のスターリングエンジン１００Ａｃ、１００Ｂｃそれぞれのヒータ１０５ｃへ供給される排ガスＥｘの温度管理が比較的容易になる。また、排熱回収システム１ｃは、単一の排気通路内を仕切るための仕切り部材が不要になるので、比較的簡易に構成できる。

（第１変形例）
図１４は、実施例２の第１変形例に係る排熱回収システムを示す側面図である。図１５は、実施例２の第１変形例に係る排熱回収システムの正面図である。本変形例は、上述した実施例２と略同様の構成であるが、スターリングエンジン１００Ａｄ、１００Ｂｄのヒータ１０５ｄを傾斜させる点が異なる。他の構成は、上述した実施例２と同様であり、実施例２で開示した構成は、本変形例にも適用できる。

図１５に示すように、排熱回収システム１ｄを構成する上流側のスターリングエンジン１００Ａｄ及び下流側のスターリングエンジン１００Ｂｄは、シリンダ中心軸Ｚｃ及び排熱回収機関回転軸Ｚｓを含む平面に対してそれぞれのヒータ１０５ｄが異なる方向に傾斜している。すなわち、それぞれのヒータ１０５ｄの中心軸Ｚｈが所定の角度θ１で交差する。そして、スターリングエンジン１００Ａｄ、１００Ｂｄそれぞれのヒータ１０５ｄは、前記平面に対して傾斜した状態で、第１の排気通路２８Ａｄの内部と第２の排気通路２８Ｂｄの内部とに配置される。これによって、スターリングエンジン１００Ａｄ、１００Ｂｄそれぞれのヒータ１０５ｄは、出力軸の中心軸である排熱回収機関回転軸Ｚｓと直交する方向において、互いに反対の方向にずれて配置される。なお、スターリングエンジン１００Ａｄ、１００Ｂｄのそれぞれの高温側シリンダ１０１、低温側シリンダ１０２は、一列に並べて配置されて、シリンダ中心軸Ｚｃがすべて平行になるように構成される。

図１４、図１５に示すように、排熱回収システム１ｄは、複数のスターリングエンジン１００Ａｄ、１００Ｂｄへ排ガスＥｘを供給するための排気通路２８ｄを異なる管で構成する。すなわち、排気通路２８ｄは、第１の排気通路２８Ａｄ、第２の排気通路２８Ｂｄで構成される。そして、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａｄのヒータ１０５ｄは第１の排気通路２８Ａｄの内部に格納され、下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂｄのヒータ１０５ｄは第２の排気通路２８Ｂｄの内部に格納される。

排熱回収システム１ｄは、スターリングエンジン１００Ａｄ、１００Ｂｄのヒータ１０５ｄを傾斜させるので、それぞれのヒータ１０５ｄを傾斜させない場合と比較して、第１の排気通路２８Ａｄ及び第２の排気通路２８Ｂｄの屈曲部を低減できる。その結果、本変形例は、上記実施例２の奏する作用、効果に加え、排ガスＥｘが流れる際の抵抗を低減できるので、排熱回収対象である熱機関、すなわち、図３−１に示す内燃機関７１の排気効率の低下が抑制されるという作用、効果が得られる。

（第２変形例）
図１６は、実施例２の第２変形例に係る排熱回収システムを示す側面図である。図１７は、実施例２の第２変形例に係る排熱回収システムの正面図である。本変形例は、上述した実施例２の第１変形例と略同様であって、スターリングエンジン１００Ａｅの高温側シリンダ１０１及び低温側シリンダ１０２と、スターリングエンジン１００Ｂｅの高温側シリンダ１０１及び低温側シリンダ１０２とを傾斜させることにより、スターリングエンジン１００Ａｅ、１００Ｂｅのヒータ１０５ｅを傾斜させる点が異なる。他の構成は、上述した実施例２の第１変形例と同様であり、実施例２の第１変形例で開示した構成は、本変形例にも適用できる。

図１７に示すように、上流側のスターリングエンジン１００Ａｅを構成する高温側シリンダ１０１及び低温側シリンダ１０２と、下流側のスターリングエンジン１００Ｂｅを構成する高温側シリンダ１０１及び低温側シリンダ１０２とは、排熱回収機関回転軸Ｚｓを中心として、シリンダ中心軸Ｚｃがそれぞれ異なる方向に傾斜している。それぞれのスターリングエンジン１００Ａｅ、１００Ｂｅは、ヒータ１０５ｅの中心軸Ｚｈとシリンダ中心軸Ｚｃとが平行なので、上記構成により、それぞれのヒータ１０５ｅは、排熱回収機関回転軸Ｚｓを中心として異なる方向に傾斜し、それぞれのヒータ１０５ｅの中心軸Ｚｈは、所定の角度θ２で交差する。これによって、スターリングエンジン１００Ａｅ、１００Ｂｅそれぞれのヒータ１０５ｅは、出力軸の中心軸である排熱回収機関回転軸Ｚｓと直交する方向において、互いに反対の方向にずれて配置される。

図１６、図１７に示すように、排熱回収システム１ｅは、複数のスターリングエンジン１００Ａｅ、１００Ｂｅへ排ガスＥｘを供給するための排気通路２８ｅを異なる管で構成する。すなわち、排気通路２８ｅは、第１の排気通路２８Ａｅ、第２の排気通路２８Ｂｅで構成される。そして、上流側に配置されるスターリングエンジン１００Ａｅのヒータ１０５ｅは第１の排気通路２８Ａｅの内部に格納され、下流側に配置されるスターリングエンジン１００Ｂｅのヒータ１０５ｅは第２の排気通路２８Ｂｅの内部に格納される。

このように構成しても、スターリングエンジン１００Ａｅ、１００Ｂｅそれぞれのヒータ１０５ｅを傾斜させない場合と比較して、第１の排気通路２８Ａｅ及び第２の排気通路２８Ｂｅの屈曲部を低減できる。その結果、本変形例は、上述した実施例２の第１変形例と同様の作用、効果を奏する。

以上、実施例２及びその変形例は、実施例１及びその変形例と共通する構成を有するので、実施例１及びその変形例と同様の作用、効果を奏する。実施例２及びその変形例は、複数の排熱回収機関のヒータへ熱媒体を供給する熱媒体通路を、別個独立の管で構成する。これによって、それぞれの熱媒体通路内を流れる熱媒体同士干渉を完全に排除できるので、複数の排熱回収機関それぞれのヒータへ供給される熱媒体の温度管理が比較的容易になる。

以上のように、本発明に係る排熱回収システムは、複数の排熱回収機関を用いて排熱を回収する場合に有用であり、特に、それぞれの排熱回収機関が発生する動力の差を低減することに適している。

実施例１に係るスターリングエンジンを示す断面図である。 実施例１に係るスターリングエンジンが備える気体軸受の構成例、及びピストンの支持に用いる近似直線機構の構成例を示す断面図である。 実施例１に係る排熱回収システムを用いて車両に搭載される内燃機関の排熱回収を実行する場合の構成例を示す模式図である。 実施例１に係る排熱回収システムが車両に搭載された状態を示す側面図である。 実施例１に係る排熱回収システムが車両に搭載された状態を示す正面図である。 実施例１に係る排熱回収システムにおけるスターリングエンジン出力軸の連結手法を示す模式図である。 実施例１に係る排熱回収システムを構成するスターリングエンジンの他の構成例を示す模式図である。 実施例１に係る排熱回収システムを示す平面図である。 実施例１に係る排熱回収システムの正面図である。 実施例１の第１変形例に係る排熱回収システムを示す側面図である。 実施例１の第１変形例に係る排熱回収システムの正面図である。 実施例１の第２変形例に係る排熱回収システムを示す側面図である。 実施例１の第２変形例に係る排熱回収システムの正面図である。 実施例２に係る排熱回収システムを示す側面図である。 実施例２に係る排熱回収システムの正面図である。 実施例２の第１変形例に係る排熱回収システムを示す側面図である。 実施例２の第１変形例に係る排熱回収システムの正面図である。 実施例２の第２変形例に係る排熱回収システムを示す側面図である。 実施例２の第２変形例に係る排熱回収システムの正面図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ 排熱回収システム
２ 従動軸
８ 連結シャフト
２８、２８Ａ、２８Ｂ、２８ａ、２８Ａａ、２８Ｂａ、２８ｂ、２８Ａｂ、２８Ｂｂ、２８ｃ、２８Ａｃ、２８Ｂｃ、２８ｄ、２８Ａｄ、２８Ｂｄ、２８ｅ、２８Ａｅ、２８Ｂｅ 排気通路
２９、２９ａ、２９ｂ 仕切り部材
３０ 断熱材
７１ 内燃機関
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ａａ、１００Ｂａ、１００Ａｂ、１００Ｂｂ、１００Ａｃ、１００Ｂｃ、１００Ａｄ、１００Ｂｄ、１００Ａｅ、１００Ｂｅ スターリングエンジン
１０１ 高温側シリンダ
１０２ 低温側シリンダ
１０３ 高温側ピストン
１０４ 低温側ピストン
１０５、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅ ヒータ
１０６ 再生器
１０７ クーラー
１０８ 熱交換器
１１０ クランクシャフト
１１４ 筐体
１１４Ａ クランクケース
１１４Ｂ シリンダブロック
２００ 車両
２０１ 床

Claims (6)

1. 排熱回収対象から排出される熱媒体の熱エネルギーを作動流体に与えるヒータを有し、前記熱媒体の熱エネルギーによって動力を発生する複数の排熱回収機関と、
   少なくとも前記排熱回収機関の個数分設けられて、前記熱媒体を通過させる熱媒体通路と、を含み、
   それぞれの前記熱媒体通路の内部にそれぞれの前記排熱回収機関が備える前記ヒータが設けられ、かつ、それぞれの前記ヒータは、前記熱媒体の流れる方向の上流側から下流側に向かって配置されることを特徴とする排熱回収システム。
2. それぞれの前記排熱回収機関が備える前記ヒータ同士の間に設けられる仕切り部材によって単一の管を仕切ることにより、それぞれの前記熱媒体通路を構成することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収システム。
3. 前記熱媒体の流れ方向の上流側に配置される前記ヒータと、前記熱媒体の流れ方向の下流側に配置される前記ヒータが設けられる前記熱媒体通路との間には、断熱材が設けられることを特徴とする請求項２に記載の排熱回収システム。
4. それぞれの前記熱媒体通路は、それぞれ独立した異なる管で構成されることを特徴とする請求項１に記載の排熱回収システム。
5. それぞれの前記ヒータは、前記排熱回収機関の出力軸の中心軸と直交する方向において、互いに反対の方向にずれて配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排熱回収システム。
6. 複数の前記排熱回収機関は、それぞれの出力軸が互いに連結されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排熱回収システム。

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