JP6304328B2 - Engine exhaust heat recovery device - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、触媒の早期活性化やエンジンの暖気促進のために、エンジンから排出された排気ガスの熱を、ヒートパイプで回収して熱輸送するようなエンジンの排熱回収装置に関する。 The present invention relates to an engine exhaust heat recovery apparatus that recovers heat of exhaust gas exhausted from an engine by a heat pipe and heat transports the catalyst for early activation of the catalyst and promotion of warming up of the engine, for example.
自動車には、エンジンから排出された排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)、及び炭化水素(HC)などの有害物質を浄化する浄化装置として、触媒が排気通路上に装着されている。
この触媒は、その温度が上昇することで活性化して浄化効率が向上する一方で、高温になり過ぎると浄化効率が低下するという特徴がある。そこで、エンジン始動後、早期に触媒を活性化させて浄化効率を向上させるとともに、触媒の高温化を抑制する様々な技術が提案されている。
In automobiles, a catalyst is placed on the exhaust passage as a purification device that purifies harmful substances such as nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), and hydrocarbons (HC) contained in the exhaust gas discharged from the engine. It is attached to.
This catalyst is activated by increasing its temperature to improve the purification efficiency, but has a feature that the purification efficiency decreases when the temperature becomes too high. In view of this, various techniques have been proposed in which the catalyst is activated early after the engine is started to improve the purification efficiency, and the temperature of the catalyst is prevented from being increased.
例えば、特許文献1には、触媒よりも下流の排気通路と触媒との間に、純水を熱交換媒体とする第1ループ式ヒートパイプが配置された排熱回収装置が記載されている。この特許文献1の排熱回収装置は、第1ループ式ヒートパイプが排気通路内で回収した排気ガスの熱を、触媒内に放熱することで触媒を早期に活性化させている。 For example, Patent Document 1 describes an exhaust heat recovery apparatus in which a first loop heat pipe using pure water as a heat exchange medium is disposed between an exhaust passage downstream of the catalyst and the catalyst. In the exhaust heat recovery apparatus of Patent Document 1, the heat of the exhaust gas recovered in the exhaust passage by the first loop heat pipe is radiated into the catalyst to activate the catalyst early.
さらに、特許文献1の排熱回収装置には、ヒータ流路が内設された第2放熱部と触媒との間に、純水を熱交換媒体とする第2ループ式ヒートパイプが配置されている。そして、特許文献1の排熱回収装置は、第2ループ式ヒートパイプが触媒内で回収した熱を、第2放熱部を介して放熱することで触媒の高温化を抑制している。 Further, in the exhaust heat recovery apparatus of Patent Document 1, a second loop heat pipe using pure water as a heat exchange medium is disposed between the catalyst and the second heat radiating part in which the heater flow path is provided. Yes. And the exhaust-heat recovery apparatus of patent document 1 is suppressing the high temperature of a catalyst by dissipating the heat which the 2nd loop type heat pipe collect | recovered within the catalyst through a 2nd thermal radiation part.
ところで、昨今、エンジン負荷が低い回転域では、空燃比のリーン化や高圧縮比化によって燃料噴射量を抑えることで、エンジンの熱効率向上を図っている。この際、排気ガスの温度である排気温度は、例えば150℃程度となる。 By the way, in recent years, in the engine speed range where the engine load is low, the thermal efficiency of the engine is improved by suppressing the fuel injection amount by making the air-fuel ratio leaner or increasing the compression ratio. At this time, the exhaust temperature, which is the temperature of the exhaust gas, is about 150 ° C., for example.
一方、エンジン負荷が高い回転域では、空燃比のリッチ化も伴って相対的に燃料噴射量が増加し易いため、排気ガスの温度である排気温度が、例えば800℃程度まで上昇する。このため、排気ガスの熱を熱輸送するヒートパイプには、低温域から高温域までの幅広い排気温度の範囲に対応することが所望されている。 On the other hand, in the engine speed range where the engine load is high, the fuel injection amount relatively easily increases with the rich air-fuel ratio, so the exhaust gas temperature, which is the temperature of the exhaust gas, rises to about 800 ° C., for example. For this reason, it is desired that the heat pipe that thermally transports the heat of the exhaust gas be compatible with a wide exhaust temperature range from a low temperature range to a high temperature range.
しかしながら、ヒートパイプが熱輸送可能な温度範囲、つまり作動温度範囲は、内部に密封された流体媒体の種類によって決定される。このため、幅広い排気温度の範囲に対応するためには、複数のヒートパイプが必要となるが、排気通路のスペースが限られていることや排気抵抗の増加の観点からヒートパイプの数量は少ない方が好ましい。 However, the temperature range in which the heat pipe can transport heat, that is, the operating temperature range, is determined by the type of the fluid medium sealed inside. For this reason, multiple heat pipes are required to support a wide range of exhaust temperatures, but the number of heat pipes is smaller in terms of limited exhaust passage space and increased exhaust resistance. Is preferred.
さらに、例えば、純水を流体媒体とするヒートパイプの場合、その作動温度範囲が30℃から250℃となり、ナトリウムを流体媒体とするヒートパイプの場合、その作動温度範囲が600℃から1200℃となる。 Further, for example, in the case of a heat pipe using pure water as a fluid medium, the operating temperature range is 30 ° C. to 250 ° C., and in the case of a heat pipe using sodium as a fluid medium, the operating temperature range is 600 ° C. to 1200 ° C. Become.
このため、純水を密封した低温用ヒートパイプと、ナトリウムを密封した高温用ヒートパイプとで、排気ガスの熱を熱輸送する場合、250℃から600℃の温度範囲における排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ、及び高温用ヒートパイプのいずれもが回収できないという問題があった。 For this reason, when heat of exhaust gas is transported by heat between a low-temperature heat pipe sealed with pure water and a high-temperature heat pipe sealed with sodium, the heat of the exhaust gas in the temperature range of 250 ° C. to 600 ° C. There was a problem that neither the low temperature heat pipe nor the high temperature heat pipe could be recovered.
本発明は、上述の問題に鑑み、ヒートパイプの数量増加を抑えて、幅広い排気温度範囲に対応できるエンジンの排熱回収装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an engine exhaust heat recovery device that can suppress an increase in the number of heat pipes and can cope with a wide exhaust temperature range.
この発明は、エンジンの燃焼室から排出された排気ガスの熱を、流体媒体が密封されたヒートパイプを介して熱輸送するエンジンの排熱回収装置であって、前記排気ガスが流下する排気通路に一部が内設された2つのヒートパイプと、気相状態の前記流体媒体を凝縮させる凝縮手段と、前記排気ガスの温度である排気温度を検知する温度検知手段と、前記流体媒体の気化を制御する気化制御手段とを備え、前記2つのヒートパイプが、低温域の前記排気温度に対応する低温流体媒体が密封された低温用ヒートパイプと、高温域の前記排気温度に対応する高温流体媒体が密封された高温用ヒートパイプとで構成され、前記低温用ヒートパイプが熱輸送可能な上限温度と、前記高温用ヒートパイプが熱輸送可能な下限温度との間を含む排気温度の範囲を中間温度域として、前記気化制御手段が、前記排気温度が前記中間温度域の場合、前記低温流体媒体の気化を抑制する、または/および前記高温流体媒体の気化を促進する構成であることを特徴とする。 The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus for an engine that transports heat of exhaust gas discharged from a combustion chamber of the engine through a heat pipe in which a fluid medium is sealed, and the exhaust passage through which the exhaust gas flows down Two heat pipes, a part of which is installed inside, a condensing means for condensing the fluid medium in a gas phase, a temperature detecting means for detecting an exhaust temperature which is the temperature of the exhaust gas, and vaporization of the fluid medium A low-temperature heat pipe in which a low-temperature fluid medium corresponding to the exhaust temperature in a low-temperature region is sealed, and a high-temperature fluid corresponding to the exhaust temperature in a high-temperature region. A high temperature heat pipe in which the medium is sealed, and an exhaust temperature including an upper limit temperature at which the low temperature heat pipe can be transported by heat and a lower limit temperature at which the high temperature heat pipe can be transported by heat. The vaporization control means is configured to suppress vaporization of the low-temperature fluid medium or / and to promote vaporization of the high-temperature fluid medium when the exhaust temperature is in the intermediate temperature range with the enclosure being an intermediate temperature range. It is characterized by.
上記低温流体媒体は、例えば、水、あるいはナフタリンとすることができる。
上記高温流体媒体は、例えば、ナトリウムなどとすることができる。
上記低温流体媒体の気化を抑制するとは、気化に必要な熱エネルギーを大きくする、あるいは沸点を上げることで、低温流体媒体の気化を抑制することをいう。
上記高温流体媒体の気化を促進するとは、気化に必要な熱エネルギーを小さくする、あるいは沸点を下げることで、高温流体媒体の気化を促進することをいう。
The cryogenic fluid medium can be, for example, water or naphthalene.
The hot fluid medium can be, for example, sodium.
Suppressing the vaporization of the low-temperature fluid medium means suppressing the vaporization of the low-temperature fluid medium by increasing the thermal energy necessary for vaporization or increasing the boiling point.
To promote the vaporization of the high-temperature fluid medium means to promote the vaporization of the high-temperature fluid medium by reducing the heat energy necessary for vaporization or lowering the boiling point.
この発明により、ヒートパイプの数量増加を抑えて、幅広い排気温度範囲に対応することができる。
具体的には、低温用ヒートパイプが熱輸送を行っていない状態において、排気温度が中間温度域の場合、低温流体媒体の気化を抑制することで、エンジンの排熱回収装置は、低温用ヒートパイプが熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を、気化を抑制していない場合に比べて上げることができる。
According to the present invention, an increase in the number of heat pipes can be suppressed and a wide exhaust temperature range can be accommodated.
Specifically, in the state where the heat pipe for low temperature is not transporting heat, when the exhaust temperature is in the intermediate temperature range, the exhaust heat recovery device of the engine can be The temperature at which the pipe starts heat transport and the temperature at which heat transport is stopped can be increased as compared with the case where vaporization is not suppressed.
あるいは、低温用ヒートパイプが熱輸送中の状態において、排気温度が中間温度域の場合、低温流体媒体の気化を抑制することで、エンジンの排熱回収装置は、排気温度の上昇によって低温用ヒートパイプの熱輸送が停止する温度を、気化を抑制していない場合に比べて上げることができる。 Alternatively, when the exhaust pipe temperature is in the intermediate temperature range while the low-temperature heat pipe is in heat transport, the exhaust heat recovery device of the engine suppresses the low-temperature heat by increasing the exhaust temperature by suppressing vaporization of the low-temperature fluid medium. The temperature at which the heat transport of the pipe stops can be raised as compared with the case where the vaporization is not suppressed.
つまり、エンジンの排熱回収装置は、排気温度が中間温度域の場合、低温流体媒体の気化を抑制する気化制御手段によって、低温用ヒートパイプの作動温度範囲を高温側にスライドするように変更する、あるいは低温用ヒートパイプの作動温度範囲を高温側に拡大することができる。 That is, when the exhaust gas temperature is in the intermediate temperature range, the engine exhaust heat recovery device changes the operating temperature range of the low temperature heat pipe to slide to the high temperature side by the vaporization control means that suppresses the vaporization of the low temperature fluid medium. Alternatively, the operating temperature range of the low temperature heat pipe can be expanded to the high temperature side.
このため、エンジンの排熱回収装置は、中間温度域において、低温用ヒートパイプに熱輸送をさせることができる。さらに、例えば、排気温度が中間温度域に達した際、低温用ヒートパイプの熱輸送が停止した状態であっても、エンジンの排熱回収装置は、低温用ヒートパイプによる熱輸送を、気化制御手段によって再開させることができる。 For this reason, the exhaust heat recovery device of the engine can cause heat transport to the low-temperature heat pipe in the intermediate temperature range. Furthermore, for example, when the exhaust temperature reaches an intermediate temperature range, the exhaust heat recovery device of the engine controls the vaporization of the heat transport by the low temperature heat pipe even if the heat transport of the low temperature heat pipe is stopped. It can be resumed by means.
一方、高温用ヒートパイプが熱輸送を行っていない状態において、排気温度が中間温度域の場合、高温流体媒体の気化を促進することで、エンジンの排熱回収装置は、高温用ヒートパイプが熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を、気化を促進していない場合に比べて下げることができる。 On the other hand, when the exhaust gas temperature is in the intermediate temperature range when the heat pipe for high temperature is not transporting heat, the exhaust heat recovery device of the engine is heated by the heat pipe for high temperature by promoting the vaporization of the high temperature fluid medium. The temperature at which the transportation is started and the temperature at which the heat transportation is stopped can be lowered as compared with the case where vaporization is not promoted.
あるいは、高温用ヒートパイプが熱輸送中の状態において、排気温度が中間温度域の場合、高温流体媒体の気化を促進することで、エンジンの排熱回収装置は、排気温度の低下によって高温用ヒートパイプの熱輸送が停止する温度を、気化を促進していない場合に比べて下げることができる。 Alternatively, when the exhaust pipe temperature is in the intermediate temperature range while the heat pipe for high temperature is in heat transport, the exhaust heat recovery device of the engine promotes the high temperature heat The temperature at which the heat transport of the pipe stops can be lowered compared to the case where vaporization is not promoted.
つまり、エンジンの排熱回収装置は、排気温度が中間温度域の場合、高温流体媒体の気化を促進する気化制御手段によって、高温用ヒートパイプの作動温度範囲を低温側にスライドするように変更する、あるいは高温用ヒートパイプの作動温度範囲を低温側に拡大することができる。 That is, when the exhaust gas temperature is in the intermediate temperature range, the exhaust heat recovery device of the engine changes the operating temperature range of the high-temperature heat pipe to slide to the low temperature side by the vaporization control means that promotes vaporization of the high-temperature fluid medium. Alternatively, the operating temperature range of the high temperature heat pipe can be expanded to the low temperature side.
このため、エンジンの排熱回収装置は、中間温度域において、高温用ヒートパイプに熱輸送をさせることができる。さらに、例えば、排気温度が中間温度域に達した際、高温用ヒートパイプの熱輸送が停止した状態であっても、エンジンの排熱回収装置は、高温用ヒートパイプによる熱輸送を、気化制御手段によって再開させることができる。 For this reason, the exhaust heat recovery device of the engine can cause the high temperature heat pipe to transport heat in the intermediate temperature range. Furthermore, for example, when the exhaust gas temperature reaches an intermediate temperature range, the exhaust heat recovery device of the engine controls the vaporization of the heat transport by the high temperature heat pipe even if the heat transport of the high temperature heat pipe is stopped. It can be resumed by means.
これにより、エンジンの排熱回収装置は、排気温度が上昇する、または排気温度が低下する過程において、中間温度域における排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ、または/および高温用ヒートパイプで回収することができる。 As a result, the exhaust heat recovery device of the engine recovers the heat of the exhaust gas in the intermediate temperature range with the low temperature heat pipe and / or the high temperature heat pipe in the process where the exhaust temperature rises or the exhaust temperature falls. can do.
さらに、低温流体媒体の気化抑制と、高温流体媒体の気化促進とを同時に行うことで、エンジンの排熱回収装置は、中間温度域における排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプと高温用ヒートパイプとで途切れることなく連続的に回収することができる。
従って、エンジンの排熱回収装置は、気化制御手段によって、ヒートパイプの数量増加を抑えて、幅広い排気温度範囲に対応することができる。
Further, by simultaneously performing the vaporization suppression of the low temperature fluid medium and promoting the vaporization of the high temperature fluid medium, the exhaust heat recovery device of the engine converts the heat of the exhaust gas in the intermediate temperature range into a low temperature heat pipe and a high temperature heat pipe. And can be continuously collected without interruption.
Therefore, the exhaust heat recovery device of the engine can cope with a wide exhaust temperature range by suppressing the increase in the number of heat pipes by the vaporization control means.
この発明の態様として、前記中間温度域を、前記低温用ヒートパイプが熱輸送可能な上限温度と、前記高温用ヒートパイプが熱輸送可能な下限温度との間における排気温度の範囲を、低温側、及び高温側に所定温度だけ拡大した範囲とすることができる。 As an aspect of the present invention, the range of the exhaust temperature between the upper limit temperature at which the low temperature heat pipe can be heat transported and the lower limit temperature at which the high temperature heat pipe can be heat transported is set as the low temperature side. And a range expanded by a predetermined temperature on the high temperature side.
この発明により、低温用ヒートパイプにおける作動温度範囲の上限温度、または高温用ヒートパイプにおける作動温度範囲の下限温度に、排気温度が達する前に、気化制御手段は、低温流体媒体の気化抑制を開始する、または/および高温流体媒体の気化促進を開始することができる。 According to this invention, before the exhaust temperature reaches the upper limit temperature of the operating temperature range of the low temperature heat pipe or the lower limit temperature of the operating temperature range of the high temperature heat pipe, the vaporization control means starts suppressing the vaporization of the low temperature fluid medium. Or / and can initiate accelerated vaporization of the hot fluid medium.
このため、低温用ヒートパイプにおける作動温度範囲の上限温度、または高温用ヒートパイプにおける作動温度範囲の下限温度に、排気温度が達する前に、エンジンの排熱回収装置は、低温用ヒートパイプの作動温度範囲を高温側へ拡大する、または/および高温用ヒートパイプの作動温度範囲を低温側へ拡大することができる。 Therefore, before the exhaust temperature reaches the upper limit temperature of the operating temperature range of the low temperature heat pipe or the lower limit temperature of the operating temperature range of the high temperature heat pipe, the exhaust heat recovery device of the engine operates the low temperature heat pipe. The temperature range can be expanded to the high temperature side and / or the operating temperature range of the high temperature heat pipe can be expanded to the low temperature side.
換言すれば、エンジンの排熱回収装置は、低温用ヒートパイプにおける作動温度範囲の上限温度と、高温用ヒートパイプにおける作動温度範囲の下限温度との間において、低温用ヒートパイプによる熱輸送、及び高温用ヒートパイプによる熱輸送が停止することを防止できる。 In other words, the engine exhaust heat recovery device is configured to provide heat transport by the low temperature heat pipe between the upper limit temperature of the operating temperature range of the low temperature heat pipe and the lower limit temperature of the operating temperature range of the high temperature heat pipe, and It is possible to prevent the heat transport by the high temperature heat pipe from stopping.
従って、エンジンの排熱回収装置は、排気温度が上昇する、または排気温度が低下する過程において、中間温度域における排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ、または/および高温用ヒートパイプでより連続的に回収することができる。 Therefore, the exhaust heat recovery device of the engine makes the heat of the exhaust gas in the intermediate temperature range more continuous with the low temperature heat pipe and / or the high temperature heat pipe in the process where the exhaust temperature rises or the exhaust temperature falls. Can be recovered automatically.
またこの発明の態様として、前記低温流体媒体の気化を抑制する前記気化制御手段が、液相状態の前記低温流体媒体を冷却する冷却手段で構成された、または、前記低温用ヒートパイプ内を加圧する加圧手段で構成された、または、前記低温用ヒートパイプ内における前記低温流体媒体の媒体量を増量する増量手段で構成されたものである。 Further, as an aspect of the present invention, the vaporization control unit that suppresses vaporization of the low-temperature fluid medium is configured by a cooling unit that cools the low-temperature fluid medium in a liquid phase, or the inside of the low-temperature heat pipe is added. It is comprised by the pressurization means to press, or is comprised by the increase means which increases the medium amount of the said low-temperature fluid medium in the said low temperature heat pipe.
この発明により、エンジンの排熱回収装置は、中間温度域における排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプで確実に回収することができる。
具体的には、低温流体媒体の気化を抑制する気化制御手段が冷却手段、または増量手段で構成された場合、エンジンの排熱回収装置は、低温流体媒体を気化させるために必要な熱エネルギーを、冷却または増量していない場合に比べて大きくすることができる。
According to the present invention, the exhaust heat recovery device for an engine can reliably recover the heat of the exhaust gas in the intermediate temperature range with the low-temperature heat pipe.
Specifically, when the vaporization control means that suppresses the vaporization of the cryogenic fluid medium is constituted by a cooling means or an increase means, the exhaust heat recovery device of the engine generates thermal energy necessary for vaporizing the cryogenic fluid medium. , Can be larger than when cooling or not increasing.
また、低温流体媒体の気化を抑制する気化制御手段が加圧手段で構成された場合、エンジンの排熱回収装置は、加圧していない場合に比べて、低温流体媒体の沸点を上げることができる。 Further, when the vaporization control means that suppresses vaporization of the low-temperature fluid medium is configured by a pressurizing means, the exhaust heat recovery device of the engine can raise the boiling point of the low-temperature fluid medium as compared to the case where no pressure is applied. .
これにより、低温用ヒートパイプが熱輸送を行っていない場合、エンジンの排熱回収装置は、低温用ヒートパイプが熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を上げることができる。
あるいは、低温用ヒートパイプが熱輸送中の場合、エンジンの排熱回収装置は、低温流体媒体の気化速度を低下させることができるため、排気温度の上昇によって低温用ヒートパイプの熱輸送が停止する温度を上げることができる。
Thereby, when the heat pipe for low temperature is not transporting heat, the exhaust heat recovery device of the engine can increase the temperature at which the heat pipe for low temperature starts heat transport and the temperature at which heat transport is stopped.
Alternatively, when the low-temperature heat pipe is in heat transport, the exhaust heat recovery device of the engine can reduce the vaporization rate of the low-temperature fluid medium, so that the heat transport of the low-temperature heat pipe stops due to an increase in the exhaust temperature. The temperature can be raised.
このため、エンジンの排熱回収装置は、冷却手段、加圧手段、または増量手段で構成された気化制御手段によって、低温用ヒートパイプの作動温度範囲を高温側にスライドするように変更する、あるいは低温用ヒートパイプの作動温度範囲を高温側に拡大することができる。 For this reason, the exhaust heat recovery device of the engine is changed to slide the operating temperature range of the low temperature heat pipe to the high temperature side by the vaporization control means constituted by the cooling means, the pressurizing means, or the increasing means, or The operating temperature range of the low temperature heat pipe can be expanded to the high temperature side.
従って、エンジンの排熱回収装置は、気化制御手段を冷却手段、加圧手段、または増量手段で構成したことにより、中間温度域における排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプで確実に回収することができる。 Therefore, the exhaust heat recovery device of the engine can reliably recover the heat of the exhaust gas in the intermediate temperature range with the low-temperature heat pipe by configuring the vaporization control means by the cooling means, the pressurizing means, or the increasing means. Can do.
またこの発明の態様として、前記高温流体媒体の気化を促進する前記気化制御手段が、液相状態の前記高温流体媒体を加熱する加熱手段で構成された、または、前記高温用ヒートパイプ内を減圧する減圧手段で構成された、または、前記高温用ヒートパイプ内における前記高温流体媒体の媒体量を減量する減量手段で構成されたものである。 Further, as an aspect of the present invention, the vaporization control means for promoting vaporization of the high-temperature fluid medium is configured by a heating means for heating the high-temperature fluid medium in a liquid phase, or the inside of the high-temperature heat pipe is depressurized. Pressure reducing means for reducing the amount of the medium of the high-temperature fluid medium in the high-temperature heat pipe.
この発明により、エンジンの排熱回収装置は、中間温度域における排気ガスの熱を、高温用ヒートパイプで確実に回収することができる。
具体的には、高温流体媒体の気化を促進する気化制御手段が加熱手段、または減量手段で構成された場合、エンジンの排熱回収装置は、高温流体媒体を気化させるために必要な熱エネルギーを、加熱または減量していない場合に比べて小さくすることができる。
According to this invention, the exhaust heat recovery device of the engine can reliably recover the heat of the exhaust gas in the intermediate temperature range with the high-temperature heat pipe.
Specifically, when the vaporization control means for promoting the vaporization of the high-temperature fluid medium is configured by a heating means or a weight reduction means, the engine exhaust heat recovery device supplies the thermal energy necessary for vaporizing the high-temperature fluid medium. It can be made smaller compared to the case where it is not heated or reduced.
また、高温流体媒体の気化を促進する気化制御手段が減圧手段で構成された場合、エンジンの排熱回収装置は、減圧していない場合に比べて、高温流体媒体の沸点を下げることができる。 Further, when the vaporization control means for promoting the vaporization of the high-temperature fluid medium is configured by a decompression means, the exhaust heat recovery device of the engine can lower the boiling point of the high-temperature fluid medium as compared with the case where the pressure is not reduced.
これにより、高温用ヒートパイプが熱輸送を行っていない場合、エンジンの排熱回収装置は、高温用ヒートパイプが熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を下げることができる。
あるいは、高温用ヒートパイプが熱輸送中の場合、エンジンの排熱回収装置は、排気温度の低下によって高温用ヒートパイプの熱輸送が停止する温度を下げることができる。
Thereby, when the heat pipe for high temperature is not transporting heat, the exhaust heat recovery device of the engine can lower the temperature at which the heat pipe for high temperature starts heat transport and the temperature at which heat transport is stopped.
Alternatively, when the high temperature heat pipe is in heat transport, the exhaust heat recovery device of the engine can lower the temperature at which the heat transport of the high temperature heat pipe stops due to a decrease in the exhaust temperature.
このため、エンジンの排熱回収装置は、加熱手段、減圧手段、または減量手段で構成された気化制御手段によって、高温用ヒートパイプの作動温度範囲を低温側にスライドするように変更する、あるいは高温用ヒートパイプの作動温度範囲を低温側に拡大することができる。 For this reason, the exhaust heat recovery device of the engine changes the operating temperature range of the high-temperature heat pipe to slide to the low temperature side by the vaporization control means constituted by the heating means, the decompression means, or the weight reduction means, or the high temperature The operating temperature range of the heat pipe can be expanded to the low temperature side.
従って、エンジンの排熱回収装置は、気化制御手段を加熱手段、減圧手段、または減量手段で構成したことにより、中間温度域における排気ガスの熱を、高温用ヒートパイプで確実に回収することができる。 Therefore, the exhaust heat recovery device of the engine can reliably recover the heat of the exhaust gas in the intermediate temperature range with the high-temperature heat pipe by configuring the vaporization control means with the heating means, the decompression means, or the weight reduction means. it can.
またこの発明の態様として、前記排気通路内において、前記低温用ヒートパイプが、前記高温用ヒートパイプに対して下流側に配設されたものである。
この発明により、エンジンの排熱回収装置は、排気通路内において、比較的高温な排気ガスの熱を高温用ヒートパイプで回収し、比較的低温な排気ガスの熱を低温用ヒートパイプで回収することができる。
As an aspect of the present invention, in the exhaust passage, the low temperature heat pipe is disposed downstream of the high temperature heat pipe.
According to this invention, the exhaust heat recovery device for an engine recovers heat of a relatively high temperature exhaust gas with a high temperature heat pipe and recovers a relatively low temperature exhaust gas with a low temperature heat pipe in the exhaust passage. be able to.
従って、エンジンの排熱回収装置は、幅広い排気温度範囲に対応できるとともに、排気通路を流下する排気ガスの熱をより効率よく回収することができる。 Therefore, the exhaust heat recovery device of the engine can cope with a wide exhaust temperature range and can recover the heat of the exhaust gas flowing down the exhaust passage more efficiently.
本発明により、ヒートパイプの数量増加を抑えて、幅広い排気温度範囲に対応できるエンジンの排熱回収装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an engine exhaust heat recovery device capable of suppressing an increase in the number of heat pipes and corresponding to a wide exhaust temperature range.
この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態におけるエンジンシステム1について、図1から図5を用いて詳しく説明する。
なお、図1はエンジンシステム1の構成図を示し、図2はエンジンシステム1における要部の縦断面図を示し、図3は排熱回収装置70における構成要素のブロック図を示し、図4はヒートパイプ近傍の縦断面図を示し、図5は熱輸送特性曲線を説明する説明図を示している。
The engine system 1 in this embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
1 shows a configuration diagram of the engine system 1, FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of a main part of the engine system 1, FIG. 3 shows a block diagram of components in the exhaust
また、図4中において、図中左側が燃焼室C側、図中右側が触媒52側とし、図中の矢印Xが排気ガスの流下方向、矢印Yが超臨界水または亜臨界水の流下方向とする。
また、図5(a)は排気温度が上昇する過程における熱輸送特性を説明する説明図を示し、図5(b)は排気温度が低下する過程における熱輸送特性を説明する説明図を示している。
In FIG. 4, the left side in the figure is the combustion chamber C side, the right side in the figure is the
FIG. 5A shows an explanatory diagram for explaining the heat transport characteristics in the process of increasing the exhaust temperature, and FIG. 5B shows an explanatory diagram for explaining the heat transport characteristics in the process of decreasing the exhaust temperature. Yes.
エンジンシステム1は、図1に示すように、ガソリンを含有する燃料の供給を受けて駆動力を出力するエンジン10と、エンジン10に外気を供給する吸気装置20と、エンジン10に燃料を噴射供給する燃料供給装置30と、エンジン10に超臨界水または亜臨界水を噴射供給する水供給装置40と、エンジン10から排出された排気ガスを外部に排出する排気装置50と、排気ガスの一部を吸気装置20に再循環させるEGR装置60と、排気ガスの熱を回収する排熱回収装置70とで構成されている。
As shown in FIG. 1, the engine system 1 includes an
エンジン10は、図1及び図2に示すように、例えば4つのピストン13を有する4気筒エンジンであって、圧縮自己着火によって駆動力を出力するよう構成されている。
具体的には、エンジン10は、図2に示すように、シリンダ11aが形成されたシリンダブロック11と、シリンダブロック11に載置されるシリンダヘッド12と、シリンダ11aに収容されるピストン13などで構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
Specifically, as shown in FIG. 2, the
さらに、エンジン10は、シリンダブロック11のシリンダ11aと、ピストン13の上面と、シリンダヘッド12の傾斜した下面とでペントルーフ型の燃焼室Cを形成している。
なお、ピストン13の上面は、上死点まで上昇した際、燃焼室Cの体積の大部分を占めるように凹設されている。
Further, in the
The top surface of the
シリンダブロック11には、図2に示すように、ピストン13が収容されるシリンダ11aに近接するとともに、エンジン10を冷却する冷却水Wが流動するウォータジャケット14が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
一方、シリンダヘッド12には、図2に示すように、吸気装置20を介して供給された外気を燃焼室Cに導入する中空空間である吸気ポート15と、燃焼室Cで生じた排気ガスを排出する中空空間である排気ポート16とが形成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
さらに、シリンダヘッド12には、吸気ポート15と燃焼室Cの境界である開口を、ピストン13の動きに連動可能して開閉する吸気弁17、及び排気ポート16と燃焼室Cの境界である開口を、ピストン13の動きに連動可能して開閉する排気弁18を備えている。
なお、吸気ポート15、及び排気ポート16は、断面視において、それぞれ燃焼室Cから斜め上方外方へ向けて傾斜した形状に形成されている。
The
The
また、吸気装置20は、図1に示すように、外気が流動可能な内部中空の吸気管21と、吸気管21を介して導入した外気をエンジン10の各吸気ポート15に供給するインテークマニホールド22(以下、インマニ22と呼ぶ)とで構成されている。
さらに、吸気装置20には、外気に含まれるダストを除去するエアクリーナ23と、外気の流動量を調整するスロットルバルブ24とが、上流からこの順番で吸気管21に接続されている。
In addition, as shown in FIG. 1, the intake device 20 includes an internal
Furthermore, an
また、燃料供給装置30は、燃料タンク(図示省略)に貯留された燃料をエンジン10へ圧送する機能と、各ピストン13の動きに応じて、圧送された燃料を燃焼室Cに噴射する機能とを有している。
The
具体的には、燃料供給装置30は、図1に示すように、ガソリンを含有する燃料を貯留する燃料タンク、燃料を圧送する燃料ポンプ(図示省略)、燃料を燃焼室Cに噴射する燃料噴射用インジェクタ31、これらを接続する燃料配管(図示省略)と、燃料ポンプ、及び燃料噴射用インジェクタ31の動作を制御するエンジンコントロールユニット(以下、ECUと呼ぶ)とで構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
燃料噴射用インジェクタ31は、図2に示すように、ピストン13の上面に対向するとともに、その先端が燃焼室Cに突出するようシリンダヘッド12に配設されている。
ECUは、各ピストン13の動作に応じて燃焼室Cごとに燃料を噴射するとともに、燃焼室Cに供給された外気と燃料との混合気がピストン13の上死点付近で圧縮自己着火するように、燃料噴射用インジェクタ31の噴射タイミングを制御している。
As shown in FIG. 2, the
The ECU injects fuel for each combustion chamber C according to the operation of each
また、水供給装置40は、排気ガスに含まれる水蒸気を凝縮水として取り出す機能と、凝縮水を加熱、及び加圧して超臨界水または亜臨界水を生成する機能と、超臨界水または亜臨界水を燃焼室Cに噴射供給する機能とを有している。
Further, the
なお、超臨界水または亜臨界水は、燃焼室Cで気化し膨張することで、エンジン出力として作用するものである。つまり、水供給装置40は、超臨界水または亜臨界水によって、エンジン出力を低下させることなく、燃料消費を抑える機能を有している。
The supercritical water or the subcritical water is vaporized and expanded in the combustion chamber C, and acts as an engine output. That is, the
具体的には、水供給装置40は、図1に示すように、排気装置50の下流に設けるとともに、排気ガスに含まれる水蒸気を凝縮する凝縮器41と、凝縮水を貯留する凝縮水タンク42と、凝縮水タンク42の凝縮水を圧送する低圧ポンプ43と、凝縮水を昇温させる熱交換器44と、昇温させた凝縮水をエンジン10へ圧送する高圧ポンプ45と、凝縮水を各燃焼室Cに噴射する水噴射用インジェクタ46と、これらを接続する水供給配管47と、水噴射用インジェクタ46の動作を制御するECUで構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
凝縮器41は、排気装置50の下流側(後述する排気装置50の触媒52よりも下流)に一体的に配設されるとともに、排気ガスが流下可能に構成されている。この凝縮器41は、排気ガスに含まれる水蒸気を凝縮して、凝縮水として取り出し可能に構成されている。
The
凝縮水タンク42は、水供給配管47を介して凝縮器41に接続されている。この凝縮水タンク42は、水供給配管47を介して凝縮器41から供給された凝縮水を、一時貯留可能に構成されている。
The
低圧ポンプ43は、水供給配管47を介して凝縮水タンク42に接続されるとともに、水供給配管47を介して熱交換器44に接続されている。この低圧ポンプ43は、凝縮水タンク42から熱交換器44に、凝縮水を圧送する機能を有している。
The low-
熱交換器44は、凝縮器41よりも上流の排気装置50に一体的に配設されるとともに、排気ガスが流下可能に構成されている。さらに、熱交換器44には、水供給配管47の一部が内設され、高温の排気ガスと、排気ガスに対して低温の凝縮水との間で熱交換可能に構成されている。
The
高圧ポンプ45は、水供給配管47を介して熱交換器44に接続されるとともに、水供給配管47を介して水噴射用インジェクタ46に接続されている。この高圧ポンプ45は、熱交換器44で昇温された凝縮水を、低圧ポンプ43よりも高い圧力で加圧して、超臨界水または亜臨界水として水噴射用インジェクタ46に供給する機能を有している。
The high-
水噴射用インジェクタ46は、図2に示すように、シリンダブロック11とシリンダヘッド12との境界近傍において、その先端が側方から燃焼室Cへ突出するよう配設されている。この水噴射用インジェクタ46は、例えば、燃料噴射用インジェクタ31と同様の構成とする。
そして、水噴射用インジェクタ46は、燃料噴射用インジェクタ31と同様に、ECUによって、超臨界水または亜臨界水を噴射する噴射タイミングが制御されている。
As shown in FIG. 2, the
In the
また、排気装置50は、図1に示すように、シリンダブロック11に接続されたエキゾーストマニホールド51(以下、エキマニ51と呼ぶ)と、エンジン10から排出された排気ガス中の有害物質を浄化する触媒52と、これらを接続するとともに、排気ガスを車外に排出可能な内部中空の排気管53とで構成されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
さらに、排気装置50には、上述した水供給装置40の熱交換器44、及び凝縮器41が、触媒52よりも下流の排気管53にこの順番で接続されている。
エキマニ51には、図2に示すように、各排気ポート16と連通するとともに、排気管53と連通する内部空間であるエキマニ排気通路51aが形成されている。このエキマニ排気通路51aには、例えば、150℃から800℃の排気ガスが流下するものとする。
Furthermore, the
As shown in FIG. 2, the
さらに、エキマニ51には、図3に示すように、ECU2と電気的に接続されるとともに、エキマニ排気通路51aを流下する排気ガスの温度である排気温度を検知する排気温度センサ54が配設されている。
加えて、エキマニ51には、図2に示すように、エキマニ排気通路51aの上方に、水供給装置40における水供給配管47の一部となるエキマニ水供給通路47aが形成されている。
Further, as shown in FIG. 3, the
In addition, as shown in FIG. 2, the
触媒52は、例えば、三次元触媒などであって、エンジン10から排出された排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)、及び炭化水素(HC)などの有害物質を浄化可能に構成されている。
The
この触媒52は、例えば200℃以上で活性化して、所定の温度範囲において浄化機能を発揮する構成とする。
さらに、触媒52には、図3に示すように、ECU2と電気的に接続されるとともに、触媒52の温度である触媒温度を検知する触媒温度センサ55が配設されている。
The
Further, as shown in FIG. 3, the
なお、上述したエンジン10の排気ポート16、エキマニ51、触媒52、熱交換器44、凝縮器41、及びこれらを接続する排気管53で構成されるとともに、排気ガスが流下可能な一体的な内部空間を、排気ガスが流下する排気通路とする。
The
また、EGR装置60は、図1に示すように、排気管53に設けた排気シャッターバルブ61と、排気管53及び吸気管21を接続するEGR配管62と、EGR配管62に設けたEGRバルブ63と、EGRクーラー64と、排気シャッターバルブ61、及びEGRバルブ63の動作を制御するECUとで構成されている。
As shown in FIG. 1, the
排気シャッターバルブ61は、凝縮器41よりも下流において、排気管53の内部に設けた開閉自在な開閉弁で構成されている。この排気シャッターバルブ61は、ECUによって開閉制御されるとともに、排気管53の内圧が低い場合に、排気管53の内部を閉塞するように閉弁する。
EGR配管62は、エキマニ51と触媒52との間における排気管53、及びスロットルバルブ24とインマニ22との間における吸気管21を、連通可能に接続するよう構成されている。
The
The
EGRバルブ63は、EGR配管62の内部に設けた開閉自在な開閉弁で構成されている。このEGRバルブ63は、ECUによって開閉制御されることで、吸気装置20に還流される排気ガスの量を調整する機能を有している。
The
EGRクーラー64は、EGRバルブ63の上流、すなわち吸気管21側に隣接して配設されている。このEGRクーラー64は、吸気装置20に還流される排気ガスを冷却する機能を有している。
The
また、排熱回収装置70は、図1から図3に示すように、高温用熱交換媒体M1が密封された略ループ形状の高温用ヒートパイプ71と、低温用熱交換媒体M2が密封された略ループ形状の低温用ヒートパイプ72と、高温用熱交換媒体M1、及び低温用熱交換媒体M2の気化を制御する気化制御手段73とで構成されている。
Further, as shown in FIGS. 1 to 3, the exhaust
高温用ヒートパイプ71、及び低温用ヒートパイプ72は、それぞれ熱伝導性の高い金属製パイプ部材で形成されている。この高温用ヒートパイプ71、及び低温用ヒートパイプ72は、図2及び図4に示すように、エキマニ排気通路51aとエキマニ水供給通路47aとの間を跨ぐとともに、排気ポート16の傾きに沿うように傾斜した状態でエキマニ51に埋設されている。
The high
より詳しくは、高温用ヒートパイプ71は、図4に示すように、排気ポート16に近いエキマニ排気通路51aの上流に配置されている。この高温用ヒートパイプ71は、排気ガスに晒される吸熱部71aと、エキマニ水供給通路47aに配置されるとともに、超臨界水または亜臨界水に晒される放熱部71bと、エキマニ排気通路51aの下流側で吸熱部71a、及び放熱部71bを連結する蒸気通路部71cと、エキマニ排気通路51aの上流側で吸熱部71a、及び放熱部71bを連結する還流通路部71dとで、略矩形のループ状に形成されている。
More specifically, the high-
さらに、高温用ヒートパイプ71には、高温用熱交換媒体M1を貯留するリザーバタンク74が一体形成されている。
このリザーバタンク74は、図4に示すように、金属製の略ボックス状であって、高温用ヒートパイプ71の吸熱部71aと連通可能に一体形成されている。
Furthermore, a
As shown in FIG. 4, the
高温用熱交換媒体M1は、高温な排気温度の範囲である高温域において、熱輸送可能な流体媒体であって、吸熱部71aの一部、及びリザーバタンク74を満たす所定量が、高温用ヒートパイプ71に密封されている。
The high-temperature heat exchange medium M1 is a fluid medium capable of heat transport in a high-temperature range that is a high-temperature exhaust temperature range, and a predetermined amount that fills a part of the heat-absorbing
より詳しくは、高温用熱交換媒体M1は、図5に示すように、排気温度に対する熱輸送量の関係を示した熱輸送特性曲線TH1(図5中の細い実線)が、比較的高い排気温度の範囲である高温域において得られる流体媒体である。なお、熱輸送特性曲線TH1が得られる高温域の排気温度の範囲を、高温用ヒートパイプ71の作動温度範囲とする。
この高温用熱交換媒体M1としては、例えば、作動温度範囲が600℃から1200℃のナトリウムとする。
More specifically, as shown in FIG. 5, the high-temperature heat exchange medium M1 has a relatively high exhaust gas temperature at a heat transport characteristic curve TH1 (thin solid line in FIG. 5) showing the relationship between the heat transport amount and the exhaust gas temperature. It is a fluid medium obtained in the high temperature range which is the range of. In addition, let the range of the exhaust temperature of the high temperature range from which the heat transport characteristic curve TH1 is obtained be the operating temperature range of the
As this high-temperature heat exchange medium M1, for example, sodium having an operating temperature range of 600 ° C. to 1200 ° C. is used.
このような構成の高温用ヒートパイプ71が高温域の排気ガスに晒された際、高温用熱交換媒体M1は、吸熱部71aにおいて、排気ガスとの熱交換によって気化蒸発して気相状態となる。その後、気相状態の高温用熱交換媒体M1は、蒸気通路部71cを介して放熱部71bへ移動して、超臨界水または亜臨界水との熱交換によって凝縮され液相状態へ移行する。
When the high-
そして、液相状態に移行した高温用熱交換媒体M1は、還流通路部71dを介して吸熱部71aに還流し、再び排気ガスとの熱交換によって気相状態に移行する。このように、高温用ヒートパイプ71は、高温域の排気ガスに晒された際、高温用熱交換媒体M1が蒸発と凝縮とを連続して繰り返すことで、エキマニ排気通路51aからエキマニ水供給通路47aへ熱輸送を行う。
Then, the high-temperature heat exchange medium M1 that has shifted to the liquid phase state returns to the
低温用ヒートパイプ72は、図2及び図4に示すように、高温用ヒートパイプ71と略同一構造であって、エキマニ排気通路51aにおいて、高温用ヒートパイプ71よりも下流に配置されている。
2 and 4, the low
この低温用ヒートパイプ72は、図4に示すように、高温用ヒートパイプ71と同様、排気ガスに晒される吸熱部72aと、超臨界水または亜臨界水に晒される放熱部72bと、エキマニ排気通路51aの下流側に位置する蒸気通路部72cと、エキマニ排気通路51aの上流側に位置する還流通路部72dとで、略矩形のループ状に形成されている。
As shown in FIG. 4, the low-
さらに、低温用ヒートパイプ72には、低温用熱交換媒体M2を貯留するリザーバタンク75が一体形成されている。
このリザーバタンク75は、図4に示すように、金属製の略ボックス状であって、低温用ヒートパイプ72の吸熱部72aと連通可能に一体形成されている。
Further, a
As shown in FIG. 4, the
低温用熱交換媒体M2は、高温域よりも低温な排気温度の範囲である低温域において、熱輸送可能な流体媒体であって、吸熱部72aの一部、及びリザーバタンク75を満たす所定量が、低温用ヒートパイプ72に密封されている。
The low-temperature heat exchange medium M2 is a fluid medium capable of heat transport in a low temperature range, which is an exhaust temperature range lower than the high temperature range, and has a predetermined amount that fills a part of the
より詳しくは、低温用熱交換媒体M2は、図5に示すように、排気温度に対する熱輸送量の関係を示した熱輸送特性曲線TL1(図5中の細い実線)が、高温域よりも低い低温域において得られる流体媒体である。なお、熱輸送特性曲線TL1が得られる低温域における排気温度の範囲を、低温用ヒートパイプ72の作動温度範囲とする。
この低温用熱交換媒体M2としては、例えば、作動温度範囲が30℃から250℃の純水とする。
More specifically, as shown in FIG. 5, the heat exchange medium M2 for low temperature has a heat transport characteristic curve TL1 (thin solid line in FIG. 5) showing the relationship between the heat transport amount and the exhaust temperature, which is lower than the high temperature region. It is a fluid medium obtained in a low temperature range. In addition, let the range of the exhaust temperature in the low temperature range from which the heat transport characteristic curve TL1 is obtained be the operating temperature range of the
As the low-temperature heat exchange medium M2, for example, pure water having an operating temperature range of 30 ° C. to 250 ° C. is used.
このような構成の低温用ヒートパイプ72が低温域の排気ガスに晒された際、低温用熱交換媒体M2は、吸熱部72aにおいて、排気ガスとの熱交換によって気化蒸発して気相状態となる。その後、気相状態の低温用熱交換媒体M2は、蒸気通路部72cを介して放熱部72bへ移動して、超臨界水または亜臨界水との熱交換によって凝縮され液相状態へ移行する。
When the low-
そして、液相状態に移行した低温用熱交換媒体M2は、還流通路部72dを介して吸熱部72aに還流し、再び排気ガスとの熱交換によって気相状態に移行する。このように、低温用ヒートパイプ72は、低温域の排気ガスに晒された際、低温用熱交換媒体M2が蒸発と凝縮とを連続して繰り返すことで、エキマニ排気通路51aからエキマニ水供給通路47aへ熱輸送を行う。
The low-temperature heat exchange medium M2 that has transitioned to the liquid phase returns to the
なお、高温用ヒートパイプ71における作動温度範囲の下限温度と、低温用ヒートパイプ72における作動温度範囲の上限温度との間の温度範囲を、低温側、及び高温側に所定温度だけ拡大した範囲を中間温度範囲Rとする(図5参照)。
Note that the temperature range between the lower limit temperature of the operating temperature range in the high
気化制御手段73は、中間温度範囲Rにおいて、高温用熱交換媒体M1の気化を促進させる機能と、低温用熱交換媒体M2の気化を抑制させる機能とを有している。
この気化制御手段73は、図3及び図4に示すように、高温用熱交換媒体M1を加熱する加熱部76と、低温用熱交換媒体M2を冷却する冷却部77と、排気温度センサ54と、これらの動作を制御するECU2とで構成されている。
In the intermediate temperature range R, the vaporization control means 73 has a function of promoting vaporization of the high temperature heat exchange medium M1 and a function of suppressing vaporization of the low temperature heat exchange medium M2.
As shown in FIGS. 3 and 4, the
加熱部76は、高温用ヒートパイプ71におけるリザーバタンク74の下面に装着され、例えば、電気ヒータで構成されている。この加熱部76は、ECU2と電気的に接続されるとともに、ECU2によって高温用熱交換媒体M1の加熱動作と、加熱動作の停止とが制御される。なお、加熱部76は、エンジン始動直後では、加熱動作が停止した状態に制御されているものとする。
The
冷却部77は、低温用ヒートパイプ72におけるリザーバタンク75の下面に装着され、例えば、ペルチェ素子などの熱電素子で構成されている。この冷却部77は、ECU2と電気的に接続されるとともに、ECU2によって低温用熱交換媒体M2の冷却動作と、冷却動作の停止とが制御される。なお、冷却部77は、エンジン始動直後では、冷却動作が停止した状態に制御されているものとする。
The cooling
次に、上述した構成の排熱回収装置70における気化制御手段73の動作について、図6を用いて説明する。
なお、図6は排熱回収装置70における気化制御手段73のフローチャートを示している。
Next, operation | movement of the vaporization control means 73 in the waste
FIG. 6 shows a flowchart of the vaporization control means 73 in the exhaust
乗員の操作によってエンジンが始動すると、気化制御手段73のECU2は、排気温度センサ54で検知した排気温度を所定時間間隔で取得し(ステップS101)、取得した排気温度が中間温度範囲R内か否かを判定する(ステップS102)
取得した排気温度が中間温度範囲R内でない場合(ステップS102:No)、ECU2は、高温用ヒートパイプ71、あるいは低温用ヒートパイプ72による熱輸送が行われている状態と判定して、ステップS101へ戻る。
When the engine is started by the occupant's operation, the
If the acquired exhaust temperature is not within the intermediate temperature range R (step S102: No), the
ステップS102において、取得した排気温度が中間温度範囲R内の場合(ステップS102:Yes)、気化制御手段73は、高温用熱交換媒体M1の加熱、及び低温用熱交換媒体M2の冷却を開始する(ステップS103)。
具体的には、気化制御手段73のECU2は、加熱部76の電気ヒータ、及び冷却部77の熱電素子に対して電力の供給を開始する。
In step S102, when the acquired exhaust temperature is within the intermediate temperature range R (step S102: Yes), the vaporization control means 73 starts heating the high-temperature heat exchange medium M1 and cooling the low-temperature heat exchange medium M2. (Step S103).
Specifically, the
電力が供給された加熱部76は、加熱動作を開始することで、液相状態の高温用熱交換媒体M1を加熱する。同様に、電力が供給された冷却部77は、冷却動作を開始することで、液相状態の低温用熱交換媒体M2を冷却する。
The
このように、高温用熱交換媒体M1を加熱するとともに、低温用熱交換媒体M2を冷却することで、排熱回収装置70は、図5に示した高温用熱交換媒体M1の熱輸送特性曲線TH2、及び低温用熱交換媒体M2の熱輸送特性曲線TL2のように、高温用熱交換媒体M1の作動温度範囲、及び低温用熱交換媒体M2の作動温度範囲を変化させる。
In this way, by heating the high-temperature heat exchange medium M1 and cooling the low-temperature heat exchange medium M2, the exhaust
詳述すると、低温域から中間温度範囲Rへ排気温度が上昇している場合、高温用ヒートパイプ71が熱輸送を行っておらず、低温用ヒートパイプ72が熱輸送を行っている状態となる。
More specifically, when the exhaust temperature rises from the low temperature range to the intermediate temperature range R, the high
このため、加熱された高温用熱交換媒体M1の作動温度範囲は、図5(a)の太い実線で示した熱輸送特性曲線TH2のように、加熱されていない高温用熱交換媒体M1の作動温度範囲に対して、全域が低温側へスライドするように変更される。 For this reason, the operating temperature range of the heated high-temperature heat exchange medium M1 is the operation of the unheated high-temperature heat exchange medium M1 as shown in the heat transport characteristic curve TH2 shown by the thick solid line in FIG. It changes so that the whole region may slide to the low temperature side with respect to the temperature range.
一方、冷却された低温用熱交換媒体M2の作動温度範囲は、図5(a)の太い実線で示した熱輸送特性曲線TL2のように、冷却されていない低温用熱交換媒体M2の作動温度範囲に対して、作動温度範囲の上限温度が高温側へ動的に変更される。 On the other hand, the operating temperature range of the cooled low-temperature heat exchange medium M2 is the operating temperature of the uncooled low-temperature heat exchange medium M2 as shown in the heat transport characteristic curve TL2 indicated by the thick solid line in FIG. The upper limit temperature of the operating temperature range is dynamically changed to the high temperature side with respect to the range.
また、高温域から中間温度範囲Rへ排気温度が低下している場合、高温用ヒートパイプ71が輸送を行っており、低温用ヒートパイプ72が熱輸送を行っていない状態となる。
Further, when the exhaust temperature is lowered from the high temperature range to the intermediate temperature range R, the high
このため、加熱された高温用熱交換媒体M1の作動温度範囲は、図5(b)の太い実線で示した熱輸送特性曲線TH2のように、加熱されていない高温用熱交換媒体M1の作動温度範囲に対して、作動温度範囲の下限温度が低温側へ動的に変更される。 For this reason, the operating temperature range of the heated high-temperature heat exchange medium M1 is the operation of the unheated high-temperature heat exchange medium M1 as shown in the heat transport characteristic curve TH2 indicated by the thick solid line in FIG. The lower limit temperature of the operating temperature range is dynamically changed to the low temperature side with respect to the temperature range.
一方、冷却された低温用熱交換媒体M2の作動温度範囲は、図5(b)の太い実線で示した熱輸送特性曲線TL2のように、冷却されていない低温用熱交換媒体M2の作動温度範囲に対して、全域が高温側へスライドするように変更される。
このようにして、排熱回収装置70は、中間温度範囲Rにおいて、高温用ヒートパイプ71による熱輸送、及び低温用ヒートパイプ72による熱輸送を行わせる。
On the other hand, the operating temperature range of the cooled low-temperature heat exchange medium M2 is the operating temperature of the uncooled low-temperature heat exchange medium M2 as shown in the heat transport characteristic curve TL2 indicated by the thick solid line in FIG. It changes so that the whole region may slide to the high temperature side with respect to the range.
In this way, the exhaust
その後、気化制御手段73のECU2は、排気温度センサ54で検知した排気温度を取得し(ステップS104)、取得した排気温度が中間温度範囲R内か否かを判定する(ステップS105)。
Thereafter, the
取得した排気温度が中間温度範囲R内の場合(ステップS105:Yes)、ECU2は、ステップS104に戻り、取得した排気温度が中間温度範囲R内でなくなるまでステップS104、及びステップS105を繰り返す。
When the acquired exhaust temperature is within the intermediate temperature range R (step S105: Yes), the
一方、取得した排気温度が中間温度範囲R内でない場合(ステップS105:No)、気化制御手段73は、高温用熱交換媒体M1の加熱、及び低温用熱交換媒体M2の冷却を停止する(ステップS106)。
具体的には、気化制御手段73のECU2は、加熱部76、及び冷却部77に対する電力供給を停止して、加熱部76の加熱動作、及び冷却部77の冷却動作を停止させる。
On the other hand, if the acquired exhaust temperature is not within the intermediate temperature range R (step S105: No), the vaporization control means 73 stops heating the high temperature heat exchange medium M1 and cooling the low temperature heat exchange medium M2 (step S105). S106).
Specifically, the
これにより、排熱回収装置70は、図5に示した高温用熱交換媒体M1の熱輸送特性曲線TH1、及び低温用熱交換媒体M2の熱輸送特性曲線TL1のように、高温用熱交換媒体M1の作動温度範囲、及び低温用熱交換媒体M2の作動温度範囲を元に戻す。
その後、気化制御手段73のECU2は、ステップS101に戻り、エンジン10が停止するまで、上述したステップS101からステップS106を繰り返す。
As a result, the exhaust
Thereafter, the
以上のような動作を実現するエンジン10の排熱回収装置70は、ヒートパイプの数量増加を抑えて、幅広い排気温度範囲に対応することができる。
具体的には、低温用ヒートパイプ72が熱輸送を行っていない状態において、排気温度が中間温度範囲R内の場合、低温用熱交換媒体M2の気化を抑制することで、エンジン10の排熱回収装置70は、低温用ヒートパイプ72が熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を、気化を抑制していない場合に比べて上げることができる。
The exhaust
Specifically, when the low
あるいは、低温用ヒートパイプ72が熱輸送中の状態において、排気温度が中間温度範囲R内の場合、低温用熱交換媒体M2の気化を抑制することで、エンジン10の排熱回収装置70は、排気温度の上昇によって低温用ヒートパイプ72の熱輸送が停止する温度を、気化を抑制していない場合に比べて上げることができる。
Alternatively, when the low
つまり、エンジン10の排熱回収装置70は、排気温度が中間温度範囲R内の場合、低温用熱交換媒体M2の気化を抑制する気化制御手段73によって、低温用ヒートパイプ72の作動温度範囲を高温側にスライドするように変更する、あるいは低温用ヒートパイプ72の作動温度範囲を高温側に拡大することができる。このため、エンジン10の排熱回収装置70は、中間温度範囲Rにおいて、低温用ヒートパイプ72に熱輸送をさせることができる。
That is, when the exhaust gas temperature is within the intermediate temperature range R, the exhaust
一方、高温用ヒートパイプ71が熱輸送を行っていない状態において、排気温度が中間温度範囲R内の場合、高温用熱交換媒体M1の気化を促進することで、エンジン10の排熱回収装置70は、高温用ヒートパイプ71が熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を、気化を促進していない場合に比べて下げることができる。
On the other hand, when the exhaust temperature is within the intermediate temperature range R in a state where the
あるいは、高温用ヒートパイプ71が熱輸送中の状態において、排気温度が中間温度範囲R内の場合、高温用熱交換媒体M1の気化を促進することで、エンジン10の排熱回収装置70は、排気温度の低下によって高温用ヒートパイプ71の熱輸送が停止する温度を、気化を促進していない場合に比べて下げることができる。
Alternatively, when the exhaust pipe temperature is in the intermediate temperature range R in a state where the high
つまり、エンジン10の排熱回収装置70は、排気温度が中間温度範囲R内の場合、高温用熱交換媒体M1の気化を促進する気化制御手段73によって、高温用ヒートパイプ71の作動温度範囲を低温側にスライドするように変更する、あるいは高温用ヒートパイプ71の作動温度範囲を低温側に拡大することができる。このため、エンジン10の排熱回収装置70は、中間温度範囲Rにおいて、高温用ヒートパイプ71に熱輸送をさせることができる。
That is, when the exhaust temperature is within the intermediate temperature range R, the exhaust
これにより、エンジン10の排熱回収装置70は、排気温度が上昇する、または排気温度が低下する過程において、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ72、または高温用ヒートパイプ71で回収することができる。
Thereby, the exhaust
さらに、低温用熱交換媒体M2の気化抑制と、高温用熱交換媒体M1の気化促進とを同時に行うことで、エンジン10の排熱回収装置70は、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ72と高温用ヒートパイプ71とで途切れることなく連続的に回収することができる。
従って、エンジン10の排熱回収装置70は、気化制御手段73によって、ヒートパイプの数量増加を抑えて、幅広い排気温度範囲に対応することができる。
Further, by simultaneously performing the vaporization suppression of the low temperature heat exchange medium M2 and the promotion of vaporization of the high temperature heat exchange medium M1, the exhaust
Therefore, the exhaust
また、低温用ヒートパイプ72が熱輸送可能な上限温度と、高温用ヒートパイプ71が熱輸送可能な下限温度との間における排気温度の範囲を、低温側、及び高温側に所定温度だけ拡大した範囲を中間温度範囲Rとしたことにより、低温用ヒートパイプ72における作動温度範囲の上限温度、または高温用ヒートパイプ71における作動温度範囲の下限温度に、排気温度が達する前に、気化制御手段73は、低温用熱交換媒体M2の気化抑制を開始するとともに、高温用熱交換媒体M1の気化促進を開始することができる。
In addition, the range of the exhaust temperature between the upper limit temperature at which the low
このため、低温用ヒートパイプ72における作動温度範囲の上限温度、または高温用ヒートパイプ71における作動温度範囲の下限温度に、排気温度が達する前に、エンジン10の排熱回収装置70は、低温用ヒートパイプ72の作動温度範囲を高温側へ拡大するとともに、高温用ヒートパイプ71の作動温度範囲を低温側へ拡大することができる。
For this reason, before the exhaust temperature reaches the upper limit temperature of the operating temperature range of the low
換言すれば、エンジン10の排熱回収装置70は、低温用ヒートパイプ72における作動温度範囲の上限温度と、高温用ヒートパイプ71における作動温度範囲の下限温度との間において、低温用ヒートパイプ72による熱輸送、及び高温用ヒートパイプ71による熱輸送が停止することを防止できる。
In other words, the exhaust
従って、エンジン10の排熱回収装置70は、排気温度が上昇する、または排気温度が低下する過程において、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ72、及び高温用ヒートパイプ71でより連続的に回収することができる。
Therefore, the exhaust
また、低温用熱交換媒体M2を冷却する冷却部77、排気温度センサ54、及びECU2で、低温用熱交換媒体M2の気化を抑制する気化制御手段73を構成したことにより、エンジン10の排熱回収装置70は、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ72で確実に回収することができる。
In addition, the cooling
具体的には、液相状態の低温用熱交換媒体M2を冷却することで、エンジン10の排熱回収装置70は、低温用熱交換媒体M2を気化させるために必要な熱エネルギーを、冷却していない場合に比べて大きくすることができる。
Specifically, by cooling the low-temperature heat exchange medium M2 in the liquid phase, the exhaust
これにより、低温用ヒートパイプ72が熱輸送を行っていない場合、エンジン10の排熱回収装置70は、低温用ヒートパイプ72が熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を上げることができる。
Thereby, when the
あるいは、低温用ヒートパイプ72が熱輸送中の場合、エンジン10の排熱回収装置70は、低温用熱交換媒体M2の気化速度を低下させることができるため、排気温度の上昇によって低温用ヒートパイプ72の熱輸送が停止する温度を上げることができる。
Alternatively, when the low-
このため、エンジン10の排熱回収装置70は、液相状態の低温用熱交換媒体M2を冷却する気化制御手段73によって、低温用ヒートパイプ72の作動温度範囲を高温側にスライドするように変更する、あるいは低温用ヒートパイプ72の作動温度範囲を高温側に拡大することができる。
For this reason, the exhaust
従って、エンジン10の排熱回収装置70は、液相状態の低温用熱交換媒体M2を冷却する気化制御手段73によって、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ72で確実に回収することができる。
Therefore, the exhaust
また、高温用熱交換媒体M1を加熱する加熱部76、排気温度センサ54、及びECU2で、高温用熱交換媒体の気化を促進する気化制御手段73を構成したことにより、エンジン10の排熱回収装置70は、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、高温用ヒートパイプ71で確実に回収することができる。
Further, the
具体的には、液相状態の高温用熱交換媒体M1を加熱することで、エンジン10の排熱回収装置70は、高温用熱交換媒体M1を気化させるために必要な熱エネルギーを、加熱していない場合に比べて小さくすることができる。
Specifically, by heating the high-temperature heat exchange medium M1 in the liquid phase, the exhaust
これにより、高温用ヒートパイプ71が熱輸送を行っていない場合、エンジン10の排熱回収装置70は、高温用ヒートパイプ71が熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を下げることができる。
あるいは、高温用ヒートパイプ71が熱輸送中の場合、エンジン10の排熱回収装置70は、排気温度の低下によって高温用ヒートパイプ71の熱輸送が停止する温度を下げることができる。
Thereby, when the
Alternatively, when the high
このため、エンジン10の排熱回収装置70は、高温用熱交換媒体M1を加熱する気化制御手段73によって、高温用ヒートパイプ71の作動温度範囲を低温側にスライドするように変更する、あるいは高温用ヒートパイプ71の作動温度範囲を低温側に拡大することができる。
For this reason, the exhaust
従って、エンジン10の排熱回収装置70は、高温用熱交換媒体M1を加熱する気化制御手段73によって、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、高温用ヒートパイプ71で確実に回収することができる。
Therefore, the exhaust
また、エキマニ排気通路51a内において、低温用ヒートパイプ72が、高温用ヒートパイプ71に対して下流側に配設されたことにより、エンジン10の排熱回収装置70は、エキマニ排気通路51a内において、比較的高温な排気ガスの熱を高温用ヒートパイプ71で回収し、比較的低温な排気ガスの熱を低温用ヒートパイプ72で回収することができる。
Further, in the exhaust
従って、エンジン10の排熱回収装置70は、幅広い排気温度範囲に対応できるとともに、エキマニ排気通路51aを流下する排気ガスの熱をより効率よく回収することができる。
Therefore, the exhaust
上述した実施例1に対して、気化抑制手段が異なる排熱回収装置80について、図7及び図8を用いて詳しく説明する。
なお、図7は実施例2におけるヒートパイプ近傍の縦断面図を示し、図8は実施例2における排熱回収装置80のブロック図を示している。
Exhaust
7 shows a longitudinal sectional view of the vicinity of the heat pipe in the second embodiment, and FIG. 8 shows a block diagram of the exhaust
また、図7中において、図中左側が燃焼室C側、図中右側が触媒52側とし、図中の矢印Xが排気ガスの流下方向、矢印Yが超臨界水または亜臨界水の流下方向とする。
また、上述の実施例1と同じ構成は、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
Further, in FIG. 7, the left side in the figure is the combustion chamber C side, the right side in the figure is the
The same configurations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
実施例2の排熱回収装置80は、図7及び図8に示すように、高温用熱交換媒体M1が密封されたループ形状の高温用ヒートパイプ81と、低温用熱交換媒体M2が密封されたループ形状の低温用ヒートパイプ82と、高温用熱交換媒体M1、及び低温用熱交換媒体M2の気化を制御する気化制御手段83とで構成されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, in the exhaust
高温用ヒートパイプ81は、図7に示すように、排気ガスに晒される吸熱部81aと、エキマニ水供給通路47aに配置されるとともに、超臨界水または亜臨界水に晒される放熱部81bと、エキマニ排気通路51aの下流側で吸熱部81a、及び放熱部81bを連結する蒸気通路部81cと、エキマニ排気通路51aの上流側で吸熱部81a、及び放熱部81bを連結する還流通路部81dとで、略矩形のループ状に形成されている。
As shown in FIG. 7, the high
さらに、高温用ヒートパイプ81には、図7に示すように、エキマニ排気通路51aの下流側において、放熱部81bから上方へ延びる接続部81eが一体形成されている。この接続部81eは、所定の大きさで開口されたエキマニ51の開口孔51bに接続されている。
Further, as shown in FIG. 7, the high
低温用ヒートパイプ82は、図7及び図8に示すように、高温用ヒートパイプ81と略同一構造であって、エキマニ排気通路51aにおいて、高温用ヒートパイプ81よりも下流に配置されている。
7 and 8, the low
この低温用ヒートパイプ82は、図7に示すように、高温用ヒートパイプ81と同様、排気ガスに晒される吸熱部82aと、超臨界水または亜臨界水に晒される放熱部82bと、エキマニ排気通路51aの下流側に位置する蒸気通路部82cと、エキマニ排気通路51aの上流側に位置する還流通路部82dとで、略矩形のループ状に形成されている。
As shown in FIG. 7, this low
さらに、低温用ヒートパイプ82には、図7に示すように、エキマニ排気通路51aの下流側において、放熱部82bから上方へ延びる接続部82eが一体形成されている。この接続部82eは、所定の大きさで開口されたエキマニ51の開口孔51cに接続されている。
Further, as shown in FIG. 7, the low
気化制御手段83は、図7及び図8に示すように、高温用ヒートパイプ81の内部を減圧する減圧部84と、低温用ヒートパイプ82の内部を加圧する加圧部85と、排気温度センサ54と、これらの動作を制御するECU2とで構成されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the vaporization control means 83 includes a
減圧部84は、図7に示すように、エキマニ51の開口孔51bと、開口孔51bと略同等の外径を有する弁を先端に有する減圧用電磁弁86とで、ピストン式ポンプをなすよう構成されている。
As shown in FIG. 7, the
減圧用電磁弁86は、図7及び図8に示すように、例えば、ソレノイドバルブで構成されている。この減圧用電磁弁86は、ECU2と電気的に接続されるとともに、ECU2によってプランジャが突出したON状態と、プランジャが突出していないOFF状態とに制御される。なお、減圧用電磁弁86は、エンジン始動直後では、プランジャが突出したON状態に制御されているものとする。
As shown in FIGS. 7 and 8, the pressure reducing
加圧部85は、図7に示すように、エキマニ51の開口孔51cと、開口孔51cと略同等の外径を有する弁を先端に有する加圧用電磁弁87とで、ピストン式ポンプをなすよう構成されている。
As shown in FIG. 7, the pressurizing
加圧用電磁弁87は、図7及び図8に示すように、例えば、ソレノイドバルブで構成されている。この加圧用電磁弁87は、ECU2と電気的に接続されるとともに、ECU2によってプランジャが突出したON状態と、プランジャが突出していないOFF状態とに制御される。なお、加圧用電磁弁87は、エンジン始動直後では、プランジャが突出していないOFF状態に制御されているものとする。
As shown in FIGS. 7 and 8, the pressurizing
次に、排熱回収装置80における気化制御手段83の動作について説明する。
排熱回収装置80における気化制御手段83の動作は、上述した実施例1における気化制御手段73の動作に対して、図6のステップS103、及びステップS106の動作が異なる。このため、ここでは、図6中のステップS103を「減圧・加圧開始」に置き換えるとともに、ステップS106を「減圧・加圧停止」に置き換えて説明する。
Next, the operation of the vaporization control means 83 in the exhaust
The operation of the
まず、図6のステップS102において、取得した排気温度が中間温度範囲R内の場合(ステップS102:Yes)、気化制御手段83は、高温用ヒートパイプ81の減圧を開始するとともに、低温用ヒートパイプ82の加圧を開始する(ステップS103)。
First, in step S102 of FIG. 6, when the acquired exhaust gas temperature is within the intermediate temperature range R (step S102: Yes), the vaporization control means 83 starts depressurization of the high-
具体的には、気化制御手段83は、ECU2が減圧用電磁弁86をOFF状態にさせることで、高温用ヒートパイプ81内の体積を増加させて、高温用ヒートパイプ81の内圧を減圧する。
さらに、気化制御手段83は、ECU2が加圧用電磁弁87をON状態にさせることで、低温用ヒートパイプ82内の体積を縮小させて、低温用ヒートパイプ82の内圧を加圧する。
Specifically, the vaporization control means 83 causes the internal pressure of the high
Furthermore, the vaporization control means 83 pressurizes the internal pressure of the low-
このように、高温用ヒートパイプ81を減圧するとともに、低温用ヒートパイプ82を加圧することで、排熱回収装置80は、実施例1と同様に、高温用熱交換媒体M1の作動温度範囲、及び低温用熱交換媒体M2の作動温度範囲を変化させる。
In this way, by reducing the pressure of the high-
その後、ステップS105において、取得した排気温度が中間温度範囲R内でない場合(ステップS105:No)、気化制御手段83は、高温用ヒートパイプ81の減圧、及び低温用ヒートパイプ82の加圧を停止する(ステップS106)。
Thereafter, in step S105, when the acquired exhaust temperature is not within the intermediate temperature range R (step S105: No), the vaporization control means 83 stops depressurization of the high
具体的には、ECU2は、減圧用電磁弁86をON状態にさせることで、減圧部84の減圧動作を停止させるとともに、加圧用電磁弁87をOFF状態にさせることで、加圧部85の加圧動作を停止させる。
Specifically, the
これにより、排熱回収装置80は、図5に示した高温用熱交換媒体M1の熱輸送特性曲線TH1、及び低温用熱交換媒体M2の熱輸送特性曲線TL1のように、高温用熱交換媒体M1の作動温度範囲、及び低温用熱交換媒体M2の作動温度範囲を元に戻す。
As a result, the exhaust
以上のような動作を実現するエンジン10の排熱回収装置80は、上述した実施例1と同様に、ヒートパイプの数量増加を抑えて、幅広い排気温度範囲に対応することができる。
The exhaust
また、低温用ヒートパイプ82の内部を加圧する加圧部85、排気温度センサ54、及びECU2で、低温用熱交換媒体M2の気化を抑制する気化制御手段83を構成したことにより、エンジン10の排熱回収装置80は、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ82で確実に回収することができる。
Further, the vaporization control means 83 that suppresses the vaporization of the low-temperature heat exchange medium M2 is configured by the pressurizing
具体的には、低温用ヒートパイプ82内を加圧することで、エンジン10の排熱回収装置80は、加圧していない場合に比べて、低温用熱交換媒体M2の沸点を上げることができる。
Specifically, by pressurizing the inside of the low-
これにより、低温用ヒートパイプ82が熱輸送を行っていない場合、エンジン10の排熱回収装置80は、低温用ヒートパイプ82が熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を上げることができる。
あるいは、低温用ヒートパイプ82が熱輸送中の場合、エンジン10の排熱回収装置80は、排気温度の上昇によって低温用ヒートパイプ82の熱輸送が停止する温度を上げることができる。
Thereby, when the
Alternatively, when the low
このため、エンジン10の排熱回収装置80は、低温用ヒートパイプ82の内部を加圧する気化制御手段83によって、低温用ヒートパイプ82の作動温度範囲を高温側にスライドするように変更する、あるいは低温用ヒートパイプ82の作動温度範囲を高温側に拡大することができる。
Therefore, the exhaust
従って、エンジン10の排熱回収装置80は、低温用ヒートパイプ82の内部を加圧する気化制御手段83によって、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ82で確実に回収することができる。
Therefore, the exhaust
また、高温用ヒートパイプ81の内部を減圧する減圧部84、排気温度センサ54、及びECU2で、高温用熱交換媒体M1の気化を促進する気化制御手段83を構成したことにより、エンジン10の排熱回収装置80は、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、高温用ヒートパイプ81で確実に回収することができる。
Further, the
具体的には、高温用ヒートパイプ81内を減圧することで、エンジン10の排熱回収装置80は、減圧していない場合に比べて、高温用熱交換媒体M1の沸点を下げることができる。
Specifically, by reducing the pressure inside the high-
これにより、高温用ヒートパイプ81が熱輸送を行っていない場合、エンジン10の排熱回収装置80は、高温用ヒートパイプ81が熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を下げることができる。
あるいは、高温用ヒートパイプ81が熱輸送中の場合、エンジン10の排熱回収装置80は、排気温度の低下によって高温用ヒートパイプ81の熱輸送が停止する温度を下げることができる。
Thereby, when the
Alternatively, when the high-
このため、エンジン10の排熱回収装置80は、高温用ヒートパイプ81の内部を減圧する気化制御手段83によって、高温用ヒートパイプ81の作動温度範囲を低温側にスライドするように変更する、あるいは高温用ヒートパイプ81の作動温度範囲を低温側に拡大することができる。
For this reason, the exhaust
従って、エンジン10の排熱回収装置80は、高温用ヒートパイプ81の内部を減圧する気化制御手段83によって、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、高温用ヒートパイプ81で確実に回収することができる。
Accordingly, the exhaust
上述した実施例1に対して、気化抑制手段が異なる排熱回収装置90について、図9及び図10を用いて詳しく説明する。
なお、図9は実施例3におけるヒートパイプ近傍の縦断面図を示し、図10は実施例3における排熱回収装置90のブロック図を示している。
The exhaust
9 shows a longitudinal sectional view in the vicinity of the heat pipe in the third embodiment, and FIG. 10 shows a block diagram of the exhaust
また、図9中において、図中左側が燃焼室C側、図中右側が触媒52側とし、図中の矢印Xが排気ガスの流下方向、矢印Yが超臨界水または亜臨界水の流下方向とする。
また、上述の実施例1と同じ構成は、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
9, the left side in the figure is the combustion chamber C side, the right side in the figure is the
The same configurations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
実施例3の排熱回収装置90は、図9及び図10に示すように、高温用熱交換媒体M1が密封されたループ形状の高温用ヒートパイプ91と、低温用熱交換媒体M2が密封されたループ形状の低温用ヒートパイプ92と、高温用熱交換媒体M1、及び低温用熱交換媒体M2の気化を制御する気化制御手段93とで構成されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the exhaust
高温用ヒートパイプ91は、図9に示すように、排気ガスに晒される吸熱部91aと、エキマニ水供給通路47aに配置されるとともに、超臨界水または亜臨界水に晒される放熱部91bと、エキマニ排気通路51aの下流側で吸熱部91a、及び放熱部91bを連結する蒸気通路部91cと、エキマニ排気通路51aの上流側で吸熱部91a、及び放熱部91bを連結する還流通路部91dとで、略矩形のループ状に形成されている。
As shown in FIG. 9, the
さらに、高温用ヒートパイプ91には、エキマニ排気通路51aの下流側において、放熱部91bから上方へ延びる接続部91eが一体形成されている。この接続部91eは、所定の大きさで開口されたエキマニ51の開口孔51dに接続されている。
Further, the high
加えて、高温用ヒートパイプ91には、エキマニ排気通路51aの上流側において、吸熱部91aと連通するとともに、高温用熱交換媒体M1が貯留される高温側ピストン部94が一体形成されている。
この高温側ピストン部94は、高温用熱交換媒体M1が貯留される媒体空間と、空気が貯留される空気空間とを構成するように、ピストン94aがその内部に配置されている。
In addition, the high
The high temperature
低温用ヒートパイプ92は、図9及び図10に示すように、高温用ヒートパイプ91と略同一構造であって、エキマニ排気通路51aにおいて、高温用ヒートパイプ91よりも下流に配置されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the low
この低温用ヒートパイプ92は、図9に示すように、高温用ヒートパイプ91と同様、排気ガスに晒される吸熱部92aと、超臨界水または亜臨界水に晒される放熱部92bと、エキマニ排気通路51aの下流側に位置する蒸気通路部92cと、エキマニ排気通路51aの上流側に位置する還流通路部92dとで、略矩形のループ状に形成されている。
As shown in FIG. 9, the low-
さらに、低温用ヒートパイプ92には、エキマニ排気通路51aの下流側において、放熱部92bから上方へ延びる接続部92eが一体形成されている。この接続部92eは、所定の大きさで開口されたエキマニ51の開口孔51eに接続されている。
Further, the low
加えて、低温用ヒートパイプ92には、エキマニ排気通路51aの上流側において、吸熱部92aと連通するとともに、低温用熱交換媒体M2が貯留される低温側ピストン部95が一体形成されている。
この低温側ピストン部95は、低温用熱交換媒体M2が貯留される媒体空間と、空気が貯留される空気空間とを構成するように、ピストン95aがその内部に配置されている。
In addition, the low-
The low temperature
気化制御手段93は、図9及び図10に示すように、吸熱部91aに貯留される高温用熱交換媒体M1の媒体量を減量する媒体減量部96と、高温用ヒートパイプ91の内圧を調整する高温側内圧調整弁97と、吸熱部92aに貯留される低温用熱交換媒体M2の媒体量を調整する媒体増量部98と、低温用ヒートパイプ92の内圧を調整する低温側内圧調整弁99と、排気温度センサ54と、これらの動作を制御するECU2とで構成されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the vaporization control means 93 adjusts the internal pressure of the
媒体減量部96は、図9及び図10に示すように、高温用ヒートパイプ91の高温側ピストン部94と、高温側ピストン部94に接続されたポンプ部96aとで、ピストン式ポンプをなすよう構成されている。
なお、ポンプ部96aは、高温側ピストン部94の空気空間に対して圧縮空気を圧送する機能と、高温側ピストン部94の空気空間から空気を抜き取る機能とを有している。
As shown in FIGS. 9 and 10, the medium
The
高温側内圧調整弁97は、図9及び図10に示すように、高温用ヒートパイプ91の接続部91eに当接するように、エキマニ51の開口孔51dに装着されている。この高温側内圧調整弁97は、図示を省略した配管を介して、ポンプ部96aと連通可能に接続されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the high temperature side internal
さらに、高温側内圧調整弁97は、ECU2と電気的に接続されるとともに、ECU2によって開閉弁97aが開弁した開弁状態と、開閉弁97aが閉弁した閉弁状態とに制御される。なお、高温側内圧調整弁97は、エンジン始動直後では、開閉弁97aが閉弁状態に制御されているものとする。
Further, the high temperature side internal
媒体増量部98は、図9及び図10に示すように、低温用ヒートパイプ92の低温側ピストン部95と、低温側ピストン部95に接続されたポンプ部98aとで、ピストン式ポンプをなすよう構成されている。
なお、ポンプ部98aは、低温側ピストン部95の空気空間に対して圧縮空気を圧送する機能と、低温側ピストン部95の空気空間から空気を抜き取る機能とを有している。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
The
低温側内圧調整弁99は、図9及び図10に示すように、低温用ヒートパイプ92の接続部92eに当接するように、エキマニ51の開口孔51eに装着されている。この低温側内圧調整弁99は、図示を省略した配管を介して、ポンプ部98aと連通可能に接続されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the low temperature side internal
さらに、低温側内圧調整弁99は、ECU2と電気的に接続されるとともに、ECU2によって開閉弁99aが開弁した開弁状態と、開閉弁99aが閉弁した閉弁状態とに制御される。なお、低温側内圧調整弁99は、エンジン始動直後では、開閉弁99aが閉弁状態に制御されているものとする。
Further, the low temperature side internal
次に、排熱回収装置90における気化制御手段93の動作について説明する。
排熱回収装置90における気化制御手段93の動作は、上述した実施例1における気化制御手段73の動作に対して、図6のステップS103、及びステップS106の動作が異なる。このため、ここでは、図6中のステップS103を「媒体量調整開始」に置き換えるとともに、ステップS106を「媒体量復元」に置き換えて説明する。
Next, the operation of the vaporization control means 93 in the exhaust
The operation of the vaporization control means 93 in the exhaust
まず、図6のステップS102において、取得した排気温度が中間温度範囲R内の場合(ステップS102:Yes)、気化制御手段93は、吸熱部91aに貯留された高温用熱交換媒体M1の媒体量の減量を開始するとともに、吸熱部92aに貯留された低温用熱交換媒体M2の媒体量の増量を開始する(ステップS103)。
First, in step S102 of FIG. 6, when the acquired exhaust gas temperature is in the intermediate temperature range R (step S102: Yes), the vaporization control means 93 uses the medium amount of the high-temperature heat exchange medium M1 stored in the
具体的には、気化制御手段93は、ECU2が媒体減量部96のポンプ部96aを作動させることで、高温側ピストン部94からの空気の抜き取りを開始する。そして、空気の抜き取りによって、高温側ピストン部94における空気空間が小さくなることで、高温側ピストン部94は、吸熱部91aにおける高温用熱交換媒体M1の媒体量を減量させる。
Specifically, the vaporization control means 93 starts extraction of air from the high temperature
この際、気化制御手段93は、ECU2が高温側内圧調整弁97を開弁状態にさせることで、ポンプ部96aが抜き取った空気を、高温側内圧調整弁97を介して高温用ヒートパイプ91内に供給する。これにより、気化制御手段93は、高温用ヒートパイプ91の内圧を略一定に維持したまま、吸熱部91aにおける高温用熱交換媒体M1の媒体量を減量させる。
At this time, the vaporization control means 93 causes the
さらに、気化制御手段93は、ECU2が媒体増量部98のポンプ部98aを作動させることで、低温側ピストン部95への圧縮空気の圧送を開始する。そして、圧縮空気の圧送によって、ピストン95aが低温用熱交換媒体M2を押圧開始することで、低温側ピストン部95は、吸熱部92aにおける低温用熱交換媒体M2の媒体量を増量させる。
Further, the vaporization control means 93 starts the pumping of the compressed air to the low temperature
この際、気化制御手段93は、ECU2が低温側内圧調整弁99を開弁状態にさせることで、低温側ピストン部95に供給する空気を、ポンプ部98aが低温側内圧調整弁99を介して低温用ヒートパイプ92から取得する。これにより、気化制御手段93は、低温用ヒートパイプ92の内圧を略一定に維持したまま、吸熱部92aにおける低温用熱交換媒体M2の媒体量を増量させる。
At this time, the vaporization control means 93 causes the
なお、高温用熱交換媒体M1の媒体量、及び低温用熱交換媒体M2の媒体量が、所望される媒体量に調整されると、ECU2は、高温側内圧調整弁97、及び低温側内圧調整弁99を閉弁状態にさせる。
When the medium amount of the high temperature heat exchange medium M1 and the medium amount of the low temperature heat exchange medium M2 are adjusted to the desired medium amount, the
このように、高温用熱交換媒体M1の媒体量を減量するとともに、低温用熱交換媒体M2の媒体量を増量することで、排熱回収装置90は、実施例1と同様に、高温用熱交換媒体M1の作動温度範囲、及び低温用熱交換媒体M2の作動温度範囲を変化させる。
As described above, the exhaust
その後、ステップS105において、取得した排気温度が中間温度範囲R内でない場合(ステップS105:No)、気化制御手段93は、高温用熱交換媒体M1の媒体量、及び低温用熱交換媒体M2の媒体量を元の媒体量に戻す(ステップS106)。
具体的には、気化制御手段93は、ECU2が高温側内圧調整弁97を開弁するとともに、媒体減量部96のポンプ部96aを作動させることで、高温側ピストン部94に対して圧縮空気の圧送を開始する。そして、圧縮空気の圧送によって、ピストン94aが高温用熱交換媒体M1を押圧開始することで、高温側ピストン部94は、吸熱部91aにおける高温用熱交換媒体M1の媒体量を、元の媒体量に増量させる。
Thereafter, in step S105, when the acquired exhaust temperature is not within the intermediate temperature range R (step S105: No), the vaporization control means 93 determines the medium amount of the high temperature heat exchange medium M1 and the medium of the low temperature heat exchange medium M2. The amount is returned to the original medium amount (step S106).
Specifically, the vaporization control means 93 is configured such that the
さらに、気化制御手段93は、ECU2が低温側内圧調整弁99を開弁するとともに、媒体増量部98のポンプ部98aを作動させることで、低温側ピストン部95からの空気の抜き取りを開始する。そして、低温側ピストン部95における空気空間の減圧によって、ピストン95aが元の位置に戻ることで、低温側ピストン部95は、吸熱部92aにおける低温用熱交換媒体M2の媒体量を、元の媒体量に減量させる。
Further, the vaporization control means 93 starts the extraction of air from the low temperature
なお、高温用熱交換媒体M1の媒体量、及び低温用熱交換媒体M2の媒体量が、元の媒体量に戻されると、ECU2は、高温側内圧調整弁97、及び低温側内圧調整弁99を閉弁状態にさせる。
When the medium amount of the high temperature heat exchange medium M1 and the medium amount of the low temperature heat exchange medium M2 are returned to the original medium amount, the
これにより、排熱回収装置90は、図5に示した高温用熱交換媒体M1の熱輸送特性曲線TH1、及び低温用熱交換媒体M2の熱輸送特性曲線TL1のように、高温用熱交換媒体M1の作動温度範囲、及び低温用熱交換媒体M2の作動温度範囲を元に戻す。
As a result, the exhaust
以上のような動作を実現するエンジン10の排熱回収装置90は、上述した実施例1と同様に、ヒートパイプの数量増加を抑えて、幅広い排気温度範囲に対応することができる。
The exhaust
また、吸熱部92aに貯留される低温用熱交換媒体M2の媒体量を増量する媒体増量部98、低温側内圧調整弁99、排気温度センサ54、及びECU2で、低温用熱交換媒体M2の気化を抑制する気化制御手段93を構成したことにより、エンジン10の排熱回収装置90は、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ92で確実に回収することができる。
Further, the
具体的には、低温用熱交換媒体M2の媒体量を増量することで、エンジン10の排熱回収装置90は、低温用熱交換媒体M2を気化させるために必要な熱エネルギーを、媒体量を増量していない場合に比べて大きくすることができる。
Specifically, by increasing the medium amount of the low-temperature heat exchange medium M2, the exhaust
これにより、低温用ヒートパイプ92が熱輸送を行っていない場合、エンジン10の排熱回収装置90は、低温用ヒートパイプ92が熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を上げることができる。
あるいは、低温用ヒートパイプ92が熱輸送中の場合、エンジン10の排熱回収装置90は、低温用熱交換媒体M2の気化速度を低下させることができるため、排気温度の上昇によって低温用ヒートパイプ92の熱輸送が停止する温度を上げることができる。
Thereby, when the
Alternatively, when the low-
このため、エンジン10の排熱回収装置90は、吸熱部92aに貯留される低温用熱交換媒体M2の媒体量を増量する気化制御手段93によって、低温用ヒートパイプ92の作動温度範囲を高温側にスライドするように変更する、あるいは低温用ヒートパイプ92の作動温度範囲を高温側に拡大することができる。
For this reason, the exhaust
従って、エンジン10の排熱回収装置90は、吸熱部92aに貯留される低温用熱交換媒体M2の媒体量を増量する気化制御手段93によって、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、低温用ヒートパイプ92で確実に回収することができる。
Therefore, the exhaust
また、吸熱部91aに貯留される高温用熱交換媒体M1の媒体量を減量する媒体減量部96、高温側内圧調整弁97、排気温度センサ54、及びECU2で、高温用熱交換媒体M1の気化を促進する気化制御手段93を構成したことにより、エンジン10の排熱回収装置90は、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、高温用ヒートパイプ91で確実に回収することができる。
Further, vaporization of the high-temperature heat exchange medium M1 is performed by the medium
具体的には、高温用熱交換媒体M1の媒体量を減量することで、エンジン10の排熱回収装置90は、高温用熱交換媒体M1を気化させるために必要な熱エネルギーを、減量していない場合に比べて小さくすることができる。
Specifically, by reducing the medium amount of the high-temperature heat exchange medium M1, the exhaust
これにより、高温用ヒートパイプ91が熱輸送を行っていない場合、エンジン10の排熱回収装置90は、高温用ヒートパイプ91が熱輸送を開始する温度、及び熱輸送を停止する温度を下げることができる。
あるいは、高温用ヒートパイプ91が熱輸送中の場合、エンジン10の排熱回収装置90は、排気温度の低下によって高温用ヒートパイプ91の熱輸送が停止する温度を下げることができる。
Thereby, when the
Alternatively, when the high-
このため、エンジン10の排熱回収装置90は、吸熱部91aに貯留される高温用熱交換媒体M1の媒体量を減量する気化制御手段93によって、高温用ヒートパイプ91の作動温度範囲を低温側にスライドするように変更する、あるいは高温用ヒートパイプ91の作動温度範囲を低温側に拡大することができる。
For this reason, the exhaust
従って、エンジン10の排熱回収装置90は、吸熱部91aに貯留される高温用熱交換媒体M1の媒体量を減量する気化制御手段93によって、中間温度範囲Rにおける排気ガスの熱を、高温用ヒートパイプ91で確実に回収することができる。
Accordingly, the exhaust
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の排気通路は、実施形態のエキマニ排気通路51aに対応し、
以下同様に、
凝縮手段は、エキマニ水供給通路47aを流下する超臨界水または亜臨界水に対応し、
温度検知手段は、排気温度センサ54に対応し、
低温流体媒体は、低温用熱交換媒体M2に対応し、
高温流体媒体は、高温用熱交換媒体M1に対応し、
中間温度域は、中間温度範囲Rに対応し、
冷却手段は、冷却部77、排気温度センサ54、及びECU2に対応し、
加圧手段は、加圧部85、排気温度センサ54、及びECU2に対応し、
増量手段は、媒体増量部98、低温側内圧調整弁99、排気温度センサ54、及びECU2に対応し、
加熱手段は、加熱部76、排気温度センサ54、及びECU2に対応し、
減圧手段は、減圧部84、排気温度センサ54、及びECU2に対応し、
減量手段は、媒体減量部96、高温側内圧調整弁97、排気温度センサ54、及びECU2に対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
In correspondence between the configuration of the present invention and the above-described embodiment,
The exhaust passage of the present invention corresponds to the exhaust
Similarly,
The condensing means corresponds to supercritical water or subcritical water flowing down the exhaust manifold
The temperature detection means corresponds to the
The low temperature fluid medium corresponds to the low temperature heat exchange medium M2,
The high-temperature fluid medium corresponds to the high-temperature heat exchange medium M1,
The intermediate temperature range corresponds to the intermediate temperature range R,
The cooling means corresponds to the
The pressurizing means corresponds to the pressurizing
The increasing means corresponds to the
The heating means corresponds to the
The decompression means corresponds to the
The weight reducing means corresponds to the medium
The present invention is not limited only to the configuration of the above-described embodiment, and many embodiments can be obtained.
例えば、上述した実施形態において、ループ形状の高温用ヒートパイプ71,81,91、及び低温用ヒートパイプ72,82,92としたが、これに限定せず、触媒52よりも上流のエキマニ排気通路51aに一端が内設された略棒状の高温用ヒートパイプ、及び低温用ヒートパイプとしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the loop-shaped high-
この場合、エキマニ排気通路51aの上流側に、高温用ヒートパイプの先端が位置し、高温用ヒートパイプの先端よりも下流側に、低温用ヒートパイプの先端が位置するよう、高温用ヒートパイプ、及び低温用ヒートパイプを配置する。さらに、エキマニ51の外部に突出した他端を、例えば、超臨界水または亜臨界水が流下する水供給配管47に内設する。
In this case, the high temperature heat pipe is positioned so that the tip of the high temperature heat pipe is located upstream of the exhaust
また、上述した実施形態において、作動温度範囲が30℃から250℃の純水を低温用熱交換媒体M2としたが、これに限定せず、作動温度範囲が150℃から400℃のナフタリンを低温用熱交換媒体としてもよい。 In the above-described embodiment, pure water having an operating temperature range of 30 ° C. to 250 ° C. is used as the low-temperature heat exchange medium M2, but this is not a limitation, and naphthalene having an operating temperature range of 150 ° C. to 400 ° C. is a low temperature. It may be a heat exchange medium for use.
また、上述した実施形態において、エキマニ51のエキマニ排気通路51aに高温用ヒートパイプ71,81,91の吸熱部71a,81a,91a、及び低温用ヒートパイプ72,82,92の吸熱部72a,82a,92aを内設したが、これに限定せず、排気ポート16を含む排気通路上であれば、適宜の場所に配置してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the exhaust
また、高温用ヒートパイプ71,81,91と、低温用ヒートパイプ72,82,92とを隣接配置したが、これに限定せず、排気通路上であれば、所定間隔離間した位置に配置してもよい。例えば、触媒52よりも上流の排気通路に高温用ヒートパイプを配置し、触媒52よりも下流の排気通路に低温用ヒートパイプを配置してもよい。
Further, although the high
また、上述した実施形態において、気相状態の高温用熱交換媒体M1、及び低温用熱交換媒体M2を、エキマニ水供給通路47aを流下する超臨界水または亜臨界水で凝縮したが、これに限定せず、例えば、熱交換媒体を電気的に冷却する冷却手段で、気相状態の熱交換媒体を凝縮してもよい。あるいは、排気ポート16に吸熱部を内設したヒートパイプの放熱部を、シリンダヘッド12のウォータジャケットを流下する冷却水で冷却して、気相状態の熱交換媒体を凝縮する構成としてもよい。
In the embodiment described above, the high-temperature heat exchange medium M1 and the low-temperature heat exchange medium M2 in the gas phase are condensed with supercritical water or subcritical water flowing down the exhaust manifold
また、上述した実施形態において、高温用ヒートパイプ71,81,91における作動温度範囲の下限温度と、低温用ヒートパイプ72,82,92における作動温度範囲の上限温度との間の温度範囲を、低温側、及び高温側に所定温度だけ拡大した範囲を中間温度範囲Rとしたが、これに限定せず、別の実施形態における中間温度範囲Rを説明する説明図を示す図11のように、高温用ヒートパイプ71,81,91における作動温度範囲の下限温度と、低温用ヒートパイプ72,82,92における作動温度範囲の上限温度との間の温度範囲を、中間温度範囲Rとしてもよい。
In the above-described embodiment, the temperature range between the lower limit temperature of the operating temperature range in the high
この場合、低温域から上昇した排気温度が中間温度範囲Rに達すると、低温用ヒートパイプ72の熱輸送が停止する。しかしながら、低温用熱交換媒体M2の気化を抑制する気化制御手段によって、エンジン10の排熱回収装置70は、低温用ヒートパイプ72の熱輸送を、中間温度範囲Rにおいて再開させることができる。
In this case, when the exhaust temperature rising from the low temperature range reaches the intermediate temperature range R, the heat transport of the low
あるいは、高温域から低下した排気温度が中間温度範囲Rに達すると、高温用ヒートパイプ71の熱輸送が停止する。しかしながら、高温用熱交換媒体M1の気化を促進する気化制御手段によって、エンジン10の排熱回収装置70は、高温用ヒートパイプ71の熱輸送を、中間温度範囲Rにおいて再開させることができる。
Alternatively, when the exhaust temperature lowered from the high temperature range reaches the intermediate temperature range R, the heat transport of the high
また、上述の実施形態において、排気温度が中間温度範囲R内の場合、高温用熱交換媒体M1の気化促進と、低温用熱交換媒体M2の気化抑制とを同時に行う気化制御手段73,83,93としたが、これに限定せず、排気温度が中間温度範囲R内の場合、高温用熱交換媒体M1の気化促進、または低温用熱交換媒体M2の気化抑制のいずれか一方を行う気化制御手段としてもよい。
あるいは、排気温度の上昇、または排気温度の低下に応じて、高温用熱交換媒体M1の気化促進と、低温用熱交換媒体M2の気化抑制とを順番に行う気化制御手段としてもよい。
Further, in the above-described embodiment, when the exhaust temperature is in the intermediate temperature range R, the vaporization control means 73, 83, which simultaneously perform the vaporization promotion of the high temperature heat exchange medium M1 and the vaporization suppression of the low temperature heat exchange medium M2. However, the present invention is not limited to this, and when the exhaust temperature is within the intermediate temperature range R, vaporization control for either promoting the vaporization of the high-temperature heat exchange medium M1 or suppressing the vaporization of the low-temperature heat exchange medium M2. It may be a means.
Or it is good also as a vaporization control means which performs vaporization promotion of the heat exchange medium M1 for high temperature, and vaporization suppression of the heat exchange medium M2 for low temperature in order according to a raise of exhaust gas temperature or a fall of exhaust gas temperature.
また、上述した実施例1において、リザーバタンク74,75を設けた高温用ヒートパイプ71、及び低温用ヒートパイプ72としたが、これに限定せず、実施例2のようにリザーバタンクを不要にしてもよい。この場合、吸熱部71a,72aを気化制御手段73で冷却する構成とする。
In the first embodiment, the high-
また、上述した実施例2において、リザーバタンクを備えていない高温用ヒートパイプ81、及び低温用ヒートパイプ82としたが、これに限定せず、実施例1と同様に、リザーバタンクを設けた高温用ヒートパイプ、及び低温用ヒートパイプとしてもよい。
Further, in the above-described second embodiment, the high-
また、実施例2において、加圧用電磁弁87で加圧部85を構成し、減圧用電磁弁86で減圧部84を構成したが、これに限定せず、高温用ヒートパイプ81、及び低温用ヒートパイプ82の内圧を調整可能であれば、例えば、回転式電動ポンプ、あるいは実施例3のようなピストン式ポンプの加圧部、及び減圧部などであってもよい。
Further, in Example 2, the pressurizing
また、上述した実施例3において、ピストン式ポンプの媒体減量部96、及び媒体増量部98としたが、これに限定せず、回転式電動ポンプなどであってもよい。
また、実施例3において、高温用ヒートパイプ91の内圧を調整する高温側内圧調整弁97、及び低温用ヒートパイプ92の内圧を調整する低温側内圧調整弁99を備えた気化制御手段93としたが、これに限定せず、高温側内圧調整弁97、及び低温側内圧調整弁99を不要にした気化制御手段としてもよい。
In the third embodiment described above, the
In Example 3, the vaporization control means 93 includes the high temperature side internal
この場合、高温用ヒートパイプ91において、媒体量の減量と同時に、高温用ヒートパイプ91を減圧することができる。同様に、低温用ヒートパイプ92において、媒体量の増量と同時に、低温用ヒートパイプ92を加圧することができる。これにより、エンジンの排熱回収装置90は、高温用熱交換媒体M1の気化促進と、低温用熱交換媒体M2の気化抑制とを、より確実に行うことができる。
In this case, in the high-
2…ECU
10…エンジン
51a…エキマニ排気通路
54…排気温度センサ
70,80,90…排熱回収装置
71,81,91…高温用ヒートパイプ
72,82,92…低温用ヒートパイプ
73,83,93…気化制御手段
76…加熱部
77…冷却部
84…減圧部
85…加圧部
96…媒体減量部
97…高温側内圧調整弁
98…媒体増量部
99…低温側内圧調整弁
C…燃焼室
M1…高温用熱交換媒体
M2…低温用熱交換媒体
R…中間温度範囲
2 ... ECU
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記排気ガスが流下する排気通路に一部が内設された2つのヒートパイプと、
気相状態の前記流体媒体を凝縮させる凝縮手段と、
前記排気ガスの温度である排気温度を検知する温度検知手段と、
前記流体媒体の気化を制御する気化制御手段とを備え、
前記2つのヒートパイプが、
低温域の前記排気温度に対応する低温流体媒体が密封された低温用ヒートパイプと、
高温域の前記排気温度に対応する高温流体媒体が密封された高温用ヒートパイプとで構成され、
前記低温用ヒートパイプが熱輸送可能な上限温度と、前記高温用ヒートパイプが熱輸送可能な下限温度との間を含む排気温度の範囲を中間温度域として、
前記気化制御手段が、
前記排気温度が前記中間温度域の場合、前記低温流体媒体の気化を抑制する、または/および前記高温流体媒体の気化を促進する構成である
エンジンの排熱回収装置。 An exhaust heat recovery device for an engine that transports heat of exhaust gas discharged from an engine combustion chamber through a heat pipe in which a fluid medium is sealed,
Two heat pipes partially provided in the exhaust passage through which the exhaust gas flows;
Condensing means for condensing the fluid medium in a gas phase;
Temperature detecting means for detecting an exhaust temperature which is the temperature of the exhaust gas;
Vaporization control means for controlling vaporization of the fluid medium,
The two heat pipes are
A low-temperature heat pipe sealed with a low-temperature fluid medium corresponding to the exhaust temperature in a low-temperature region;
A high-temperature heat pipe sealed with a high-temperature fluid medium corresponding to the exhaust temperature in the high-temperature region,
An exhaust temperature range including an upper limit temperature at which the low temperature heat pipe can be thermally transported and a lower limit temperature at which the high temperature heat pipe can be thermally transported is defined as an intermediate temperature range,
The vaporization control means is
An exhaust heat recovery apparatus for an engine configured to suppress vaporization of the low-temperature fluid medium and / or promote vaporization of the high-temperature fluid medium when the exhaust temperature is in the intermediate temperature range.
前記低温用ヒートパイプが熱輸送可能な上限温度と、前記高温用ヒートパイプが熱輸送可能な下限温度との間における排気温度の範囲を、低温側、及び高温側に所定温度だけ拡大した範囲とした
請求項1に記載のエンジンの排熱回収装置。 The intermediate temperature range,
The range of the exhaust temperature between the upper limit temperature at which the heat pipe for low temperature can be transported by heat and the lower limit temperature at which the heat pipe for high temperature can be transported by heat is expanded by a predetermined temperature on the low temperature side and the high temperature side, and The exhaust heat recovery device for an engine according to claim 1.
液相状態の前記低温流体媒体を冷却する冷却手段で構成された、
または、前記低温用ヒートパイプ内を加圧する加圧手段で構成された、
または、前記低温用ヒートパイプ内における前記低温流体媒体の媒体量を増量する増量手段で構成された
請求項1または請求項2に記載のエンジンの排熱回収装置。 The vaporization control means for suppressing vaporization of the low-temperature fluid medium,
Comprised of cooling means for cooling the cryogenic fluid medium in liquid phase;
Or constituted by a pressurizing means for pressurizing the inside of the low-temperature heat pipe,
The engine exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, further comprising an increasing unit configured to increase a medium amount of the low-temperature fluid medium in the low-temperature heat pipe.
液相状態の前記高温流体媒体を加熱する加熱手段で構成された、
または、前記高温用ヒートパイプ内を減圧する減圧手段で構成された、
または、前記高温用ヒートパイプ内における前記高温流体媒体の媒体量を減量する減量手段で構成された
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載のエンジンの排熱回収装置。 The vaporization control means for promoting vaporization of the hot fluid medium;
Consist of heating means for heating the high-temperature fluid medium in a liquid phase state,
Or constituted by a decompression means for decompressing the inside of the high-temperature heat pipe,
4. The engine exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, further comprising a weight reducing unit configured to reduce a medium amount of the high-temperature fluid medium in the high-temperature heat pipe.
前記高温用ヒートパイプに対して下流側に配設された
請求項1から請求項4のいずれか1つに記載のエンジンの排熱回収装置。
In the exhaust passage, the heat pipe for low temperature is
The exhaust heat recovery device for an engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the exhaust heat recovery device is disposed downstream of the high-temperature heat pipe.
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