JP6680729B2 - Exhaust heat recovery unit and exhaust heat recovery system - Google Patents
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Description
本発明は、排気熱回収ユニット及び排気熱回収システムに関する。より具体的には、本発明は、ユニットの大型化及び複雑化を低減しつつ熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とをそれぞれ独立に切り替えることができる排気熱回収ユニット及び排気熱回収システムに関する。 The present invention relates to an exhaust heat recovery unit and an exhaust heat recovery system. More specifically, the present invention is capable of independently switching between execution and non-execution of heat exchange by a heat recovery device and thermoelectric conversion by a thermoelectric generator while reducing the size and complexity of the unit. The present invention relates to a recovery unit and an exhaust heat recovery system.
省エネルギーの観点から、例えば内燃機関等の熱源からの排熱を無駄にせず再利用することが従来検討されている。現時点において広く採用されている方法としては、例えば、内燃機関の冷却媒体を排熱によって加熱して暖機を促進させる熱回収器(ヒートコレクタ)及び排熱を電気へと変換する熱電発電装置等を挙げることができる。 From the viewpoint of energy saving, it has been conventionally studied to reuse exhaust heat from a heat source such as an internal combustion engine without wasting it. As a method widely adopted at the present time, for example, a heat collector (heat collector) that heats a cooling medium of an internal combustion engine with exhaust heat to accelerate warming up, and a thermoelectric power generation device that converts the exhaust heat into electricity, etc. Can be mentioned.
より有効な排熱利用を目的として、熱回収器と熱電発電装置とを1つの排気熱回収ユニットとして統合し、内燃機関の排気管に介装することも検討されている。具体的には、例えば、排気の流れにおける上流側に熱回収器及び後流側に熱電発電装置が直列に配置された統合型排気熱回収ユニットが知られている(例えば、特許文献1を参照)。しかしながら、このような配置においては、上流側にある熱回収器が下流側にある熱電発電装置よりも先に排気の熱を奪うため、熱電発電装置に到達する排気の温度が低くなり熱電発電装置における発電効率が低下する場合がある。 For the purpose of more effective utilization of exhaust heat, integration of a heat recovery device and a thermoelectric generator as one exhaust heat recovery unit and interposing them in an exhaust pipe of an internal combustion engine is also under study. Specifically, for example, there is known an integrated exhaust heat recovery unit in which a heat recovery device is arranged on the upstream side of a flow of exhaust gas and a thermoelectric power generation device is arranged on the downstream side in series (for example, see Patent Document 1). ). However, in such an arrangement, the heat recovery unit on the upstream side takes heat of the exhaust gas before the thermoelectric generation device on the downstream side, so that the temperature of the exhaust gas reaching the thermoelectric generation device becomes low and the thermoelectric generation device becomes low. The power generation efficiency in may decrease.
そこで、上記問題に対し、排気の流れにおける上流側に熱電発電装置及び下流側に熱回収器が直列に配置された統合型排気熱回収ユニットが提案されている(例えば、特許文献2を参照)。しかしながら、このような配置においては、上流側にある熱電発電装置が下流側にある熱回収器よりも先に排気の熱を奪うため、熱回収器に到達する排気の温度が低くなり熱回収器における冷却媒体の加熱効率が低下する場合がある。 Therefore, in order to solve the above problem, an integrated exhaust heat recovery unit has been proposed in which a thermoelectric power generation device is arranged on the upstream side and a heat recovery device is arranged on the downstream side in series in the flow of exhaust gas (for example, see Patent Document 2). . However, in such an arrangement, the thermoelectric generator on the upstream side takes heat of the exhaust gas before the heat recovery device on the downstream side, so that the temperature of the exhaust gas reaching the heat recovery device becomes low and the heat recovery device The heating efficiency of the cooling medium may deteriorate.
また、内燃機関の冷却媒体の温度が所定の温度(例えば、80℃)以上になるとラジエータにおける放熱によって冷却媒体の温度を十分に低下させることが困難となり内燃機関を十分に冷却することが困難となる虞がある。このような場合、熱回収器による熱回収は実施せずに熱電発電装置による発電のみを実施することが望ましい。 Further, when the temperature of the cooling medium of the internal combustion engine becomes equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 80 ° C.), it becomes difficult to sufficiently lower the temperature of the cooling medium due to heat radiation in the radiator, and it becomes difficult to sufficiently cool the internal combustion engine. There is a risk of becoming. In such a case, it is desirable to perform only power generation by the thermoelectric power generation device without performing heat recovery by the heat recovery device.
上記のように、熱回収器及び熱電発電装置の両方を備える統合型排気熱回収ユニットにおいては、熱回収器及び熱電発電装置の両方を稼働させるべき場合のみならず、熱回収器及び熱電発電装置の何れか一方のみを稼働させるべき場合もある。しかしながら、上記のように熱回収器及び熱電発電装置が直列に配置されている統合型排気熱回収ユニット(以降、「直列統合型排気熱回収ユニット」と称される場合がある。)において熱回収器及び熱電発電装置の何れか一方のみを独立に稼働させることは困難である。 As described above, in the integrated exhaust heat recovery unit including both the heat recovery device and the thermoelectric power generation device, not only when both the heat recovery device and the thermoelectric power generation device should be operated, but also the heat recovery device and the thermoelectric power generation device. In some cases, only one of them should be operated. However, heat recovery is performed in the integrated exhaust heat recovery unit (hereinafter, may be referred to as “series integrated exhaust heat recovery unit”) in which the heat recovery device and the thermoelectric generator are arranged in series as described above. It is difficult to independently operate only one of the reactor and the thermoelectric generator.
直列統合型排気熱回収ユニットにおいて熱回収器及び熱電発電装置への冷却媒体の供給を個別に切り替える機構(例えば、切替弁等)を設ければ、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とをそれぞれ独立に切り替えることが可能となる。しかしながら、このような機構の追加はユニットの大型化及び複雑化に繋がり、ユニットの重量及び製造コストの増大を招く。 If a mechanism (for example, a switching valve) that individually switches the supply of the cooling medium to the heat recovery unit and the thermoelectric generator is provided in the series integrated exhaust heat recovery unit, heat exchange by the heat recovery unit and thermoelectric generation by the thermoelectric generator can be performed. It becomes possible to independently switch between execution and non-execution of conversion. However, the addition of such a mechanism leads to an increase in size and complexity of the unit, resulting in an increase in the weight and manufacturing cost of the unit.
更に、熱電発電装置に到達する排気の温度が過度に高いと、熱電発電装置を構成する熱電変換素子の高熱源側と低熱源側との間の温度差が過大となり、当該熱電変換素子の破損に繋がる虞がある。このような場合、熱電発電装置への高温の排気の供給を停止することが望ましいが、直列統合型排気熱回収ユニットにおいては、熱電発電装置への排気の供給のみを個別に停止することは困難である。 Further, if the temperature of the exhaust gas reaching the thermoelectric power generator is excessively high, the temperature difference between the high heat source side and the low heat source side of the thermoelectric conversion element that constitutes the thermoelectric power generation device becomes excessive, and the thermoelectric conversion element is damaged. May lead to. In such a case, it is desirable to stop the supply of high-temperature exhaust gas to the thermoelectric power generator, but in the series integrated exhaust heat recovery unit, it is difficult to individually stop the supply of exhaust gas to the thermoelectric power generator. Is.
勿論、熱回収器と熱電発電装置とを別個に設ければ、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを個別に切り替えることのみならず、熱電発電装置への排気の供給のみを個別に停止することもまた可能である。しかしながら、このように熱回収器と熱電発電装置とを別個に設けることは、統合型排気熱回収ユニットの更なる大型化、複雑化並びに重量及び製造コストの更なる増大を招く。 Of course, if the heat recovery device and the thermoelectric power generation device are separately provided, not only the heat exchange by the heat recovery device and the execution and non-execution of the thermoelectric conversion by the thermoelectric power generation device can be switched individually but also the thermoelectric power generation device can be switched. It is also possible to individually stop only the supply of exhaust. However, providing the heat recovery device and the thermoelectric power generator separately in this manner leads to further increase in size and complexity of the integrated exhaust heat recovery unit and further increase in weight and manufacturing cost.
上述したように、当該技術分野においては、ユニットの大型化及び複雑化を低減しつつ熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とをそれぞれ独立に切り替えることができる統合型排気熱回収ユニットが求められている。本発明は、このような要求に応えるために為されたものである。 As described above, in the technical field, it is possible to independently switch between execution and non-execution of heat exchange by the heat recovery device and thermoelectric conversion by the thermoelectric generator while reducing the size and complexity of the unit. There is a need for a mold exhaust heat recovery unit. The present invention has been made to meet such a demand.
上記に鑑みて、本発明に係る排気熱回収ユニット(以降、「本発明ユニット」と称される場合がある。)は、熱電発電装置と、熱回収器と、を備える統合型排気熱回収ユニットである。熱電発電装置は、内燃機関から排出される排気と内燃機関へと流入する冷却媒体との温度差により発電する。熱回収器は、内燃機関から排出される排気から回収した熱を冷却媒体に与える。本発明ユニットにおいて、熱電発電装置及び熱回収器は共通のハウジング内に収納されており、排気の流れに対して熱電発電装置と熱回収器とが並列に配置されている。ハウジング内における冷却媒体の流路である冷媒流路は、冷却媒体が熱電発電装置に到達した後に熱回収器に到達するように構成されている。 In view of the above, the exhaust heat recovery unit according to the present invention (hereinafter, may be referred to as “the present invention unit”) is an integrated exhaust heat recovery unit including a thermoelectric power generator and a heat recovery device. Is. The thermoelectric power generation device generates power by the temperature difference between the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and the cooling medium flowing into the internal combustion engine. The heat recovery device applies the heat recovered from the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the cooling medium. In the unit of the present invention, the thermoelectric generator and the heat recovery device are housed in a common housing, and the thermoelectric generation device and the heat recovery device are arranged in parallel with respect to the flow of exhaust gas. The coolant flow path, which is the flow path of the cooling medium in the housing, is configured such that the cooling medium reaches the heat recovery device after reaching the thermoelectric generator.
加えて、本発明に係る排気熱回収システム(以降、「本発明システム」と称される場合がある。)は、上述した本発明ユニットと、切り替え機構と、制御装置と、を備える排気熱回収システムである。切り替え機構は、本発明ユニットを構成する熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えるように構成された機構である。制御装置は、切り替え機構を制御して熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給を切り替えるように構成されている。 In addition, an exhaust heat recovery system according to the present invention (hereinafter, may be referred to as “the present invention system”) includes the above-described present invention unit, a switching mechanism, and a control device. System. The switching mechanism is a mechanism configured to switch the opening and closing of the exhaust gas supply path to the thermoelectric generator and the heat recovery device, which form the unit of the present invention, independently of each other. The control device is configured to control the switching mechanism to switch the supply of exhaust gas to the thermoelectric generator and the heat recovery device.
上記のように、本発明ユニットにおいては、排気の流れに対して熱電発電装置と熱回収器とが並列に配置されている。従って、上述した直列統合型排気熱回収ユニットに比べて、ユニットをより小型化すると共に、排気の圧力損失をより小さくすることができる。 As described above, in the unit of the present invention, the thermoelectric generator and the heat recovery device are arranged in parallel with respect to the flow of exhaust gas. Therefore, as compared with the above-mentioned series integrated exhaust heat recovery unit, the unit can be made smaller and the pressure loss of exhaust can be made smaller.
また、直列統合型排気熱回収ユニットとは異なり、熱電発電装置及び熱回収器のうち上流側にある方が下流側にある方よりも先に排気の熱を奪うために下流側にある方に到達する排気の温度が低くなり下流側にある方における発電効率又は冷却媒体の加熱効率が低下するという問題を生ずる虞が無い。 Also, unlike the series integrated exhaust heat recovery unit, the upstream side of the thermoelectric generator and the heat recovery unit is more downstream than the downstream side to remove heat from the exhaust gas. There is no fear that the temperature of the exhaust gas that reaches will be low and that the power generation efficiency or the heating efficiency of the cooling medium in the downstream side will decrease.
更に、前述したように直列統合型排気熱回収ユニットにおいては、熱回収器及び熱電発電装置の両方へ排気が常に供給される。従って、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とをそれぞれ独立に切り替えるためには熱回収器及び熱電発電装置への冷却媒体の供給を個別に切り替える機構(例えば、切替弁等)を設ける必要がある。即ち、複雑な構成を有する冷却媒体の流路(冷媒流路)が必要であり、ユニットの大型化及び複雑化を招く。 Further, as described above, in the series integrated exhaust heat recovery unit, exhaust gas is always supplied to both the heat recovery device and the thermoelectric generator. Therefore, in order to independently switch execution and non-execution of heat exchange by the heat recovery device and thermoelectric conversion by the thermoelectric power generation device, a mechanism for individually switching the supply of the cooling medium to the heat recovery device and the thermoelectric power generation device (for example, It is necessary to install a switching valve, etc.). That is, a cooling medium flow path (refrigerant flow path) having a complicated structure is required, which causes an increase in size and complexity of the unit.
一方、本発明ユニットにおいては、熱電発電装置と熱回収器とが排気の流れに対して並列に配置されている。従って、本発明ユニットによれば、熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給を切り替えることにより、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とをそれぞれ独立に切り替えることができる。このため、本発明ユニットにおいては、熱回収器及び熱電発電装置への冷却媒体の供給を個別に切り替える機構を設ける必要が無い。その結果、上記のように、熱電発電装置及び熱回収器を収納するハウジング内において冷却媒体が熱電発電装置に到達した後に熱回収器に到達するように冷媒流路を構成することができる。換言すれば、本発明ユニットによれば、熱電発電装置及び熱回収器の両方に冷却媒体が常に供給されるような簡潔な構成を有する冷媒流路を採用することができるので、ユニットの大型化及び複雑化を回避することができる。 On the other hand, in the unit of the present invention, the thermoelectric generator and the heat recovery device are arranged in parallel with the flow of exhaust gas. Therefore, according to the unit of the present invention, by switching the supply of the exhaust gas to the thermoelectric power generator and the heat recovery device, execution and non-execution of heat exchange by the heat recovery device and thermoelectric conversion by the thermoelectric power generation device are independently switched. be able to. Therefore, in the unit of the present invention, it is not necessary to provide a mechanism for individually switching the supply of the cooling medium to the heat recovery device and the thermoelectric generator. As a result, as described above, the refrigerant passage can be configured so that the cooling medium reaches the heat recovery device after reaching the thermoelectric generation device in the housing that houses the thermoelectric generation device and the heat recovery device. In other words, according to the unit of the present invention, it is possible to employ a refrigerant flow path having a simple structure in which the cooling medium is constantly supplied to both the thermoelectric generator and the heat recovery device, so that the size of the unit is increased. And complexity can be avoided.
加えて、上記のような本発明ユニットと切り替え機構と制御装置とを備える排気熱回収システムである本発明システムにおいては、制御装置によって切り替え機構を制御して熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給をそれぞれ独立に切り替えることができる。従って、本発明ユニット及び本発明システムによれば、ユニットの大型化及び複雑化を低減しつつ、内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態に応じて、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とをそれぞれ独立に切り替えることができる。 In addition, in the system of the present invention which is the exhaust heat recovery system including the unit of the present invention, the switching mechanism and the control device as described above, the control device controls the switching mechanism to exhaust the gas to the thermoelectric generator and the heat recovery device. Can be switched independently of each other. Therefore, according to the unit of the present invention and the system of the present invention, the heat exchange by the heat recovery unit and the thermoelectric generation by the thermoelectric power generator are performed according to the states of the internal combustion engine and the exhaust heat recovery unit while reducing the size and complexity of the unit. The conversion can be switched independently between execution and non-execution.
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。 Other objects, other features and attendant advantages of the present invention will be easily understood from the description of each embodiment of the present invention described with reference to the following drawings.
《第1実施形態》
以下、本発明の第1実施形態に係る排気熱回収ユニット(以降、「第1ユニット」と称される場合がある。)について説明する。
<< 1st Embodiment >>
Hereinafter, the exhaust heat recovery unit according to the first embodiment of the present invention (hereinafter may be referred to as “first unit”) will be described.
第1ユニットは、熱電発電装置と、熱回収器と、を備える統合型排気熱回収ユニットである。熱電発電装置は、内燃機関から排出される排気と内燃機関へと流入する冷却媒体との温度差により発電する。このような熱電発電装置の構成は、排気と冷却媒体との温度差により発電することが可能である限り、特に限定されない。熱電発電装置の構成の具体例としては、例えば、ゼーベック効果による熱電変換素子の接合点の一方を高熱源(排気)と、他方を低熱源(冷却媒体)と、それぞれ熱伝導可能に配設し、両者の間に電位差を生じさせることにより、熱エネルギーを電力エネルギーに変換する構成を挙げることができる。 The first unit is an integrated exhaust heat recovery unit that includes a thermoelectric generator and a heat recovery device. The thermoelectric power generation device generates power by the temperature difference between the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and the cooling medium flowing into the internal combustion engine. The configuration of such a thermoelectric generator is not particularly limited as long as it can generate electricity by the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium. As a specific example of the configuration of the thermoelectric power generator, for example, one of the junction points of the thermoelectric conversion element by the Seebeck effect is arranged as a high heat source (exhaust) and the other is arranged as a low heat source (cooling medium) so that heat conduction is possible. A configuration in which thermal energy is converted into electric power energy by generating a potential difference between the two can be mentioned.
更に、熱電変換素子の高熱源側の接合点と排気との間及び/又は熱電変換素子の低熱源側の接合点と冷却媒体との接触面積を増大させて、これらの間での熱交換を促進することを目的として、排気の流路の内側及び/又は熱電変換素子の低熱源側の接合点と熱伝導可能な位置にフィン等を設けてもよい。 Further, by increasing the contact area between the joint on the high heat source side of the thermoelectric conversion element and the exhaust gas and / or the joint on the low heat source side of the thermoelectric conversion element and the cooling medium, heat exchange between these is increased. For the purpose of promotion, fins or the like may be provided inside the exhaust gas flow path and / or at a position where heat can be conducted to the junction point on the low heat source side of the thermoelectric conversion element.
熱回収器は、内燃機関から排出される排気から回収した熱を内燃機関へと流入する冷却媒体に与える。このような熱回収器の構成は、排気から回収した熱を冷却媒体に与えることが可能である限り、特に限定されない。熱回収器の具体例としては、例えば、所定の流路(例えば、管等)の内側を流れる排気から当該流路の外側を流れる冷却媒体へと、当該流路を画定する部材(例えば、管壁等)を介して、熱を移動させる熱交換器等を挙げることができる。逆に、所定の流路の内側を冷却媒体が流れ、当該流路の外側を排気が流れるようにしてもよい。更に、所定の流路を画定する部材と排気及び/又は冷却媒体との接触面積の増大を目的として当該流路の外側及び/又は内側にフィン等を設けてもよい。 The heat recovery device applies the heat recovered from the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the cooling medium flowing into the internal combustion engine. The configuration of such a heat recovery device is not particularly limited as long as it is possible to apply the heat recovered from the exhaust gas to the cooling medium. As a specific example of the heat recovery device, for example, a member (for example, a pipe) that defines the flow passage from an exhaust gas that flows inside a predetermined flow passage (for example, a pipe) to a cooling medium that flows outside the flow passage. A heat exchanger or the like that transfers heat via a wall or the like) can be used. Conversely, the cooling medium may flow inside the predetermined flow path, and the exhaust gas may flow outside the flow path. Further, fins or the like may be provided outside and / or inside the flow passage for the purpose of increasing the contact area between the member defining the predetermined flow passage and the exhaust and / or cooling medium.
第1ユニットにおいて、熱電発電装置及び熱回収器は共通のハウジング内に収納されている。ここで言う「共通のハウジング」とは、当該ハウジングの内部空間が1つの連続的な空間であることを意味する。従って、当該ハウジングは、熱電発電装置及び熱回収器の両方を収納する単一の容器によって構成されていてもよい。或いは、当該ハウジングは、例えば、冷却媒体の流れを過度に妨げない限り、熱電発電装置及び熱回収器をそれぞれ収納する別個の容器からなり且つこれら別個の容器の内部空間が互いに連通するように構成されていてもよい。 In the first unit, the thermoelectric generator and the heat recovery device are housed in a common housing. The term "common housing" as used herein means that the internal space of the housing is one continuous space. Therefore, the housing may be constituted by a single container that houses both the thermoelectric generator and the heat recovery device. Alternatively, the housing comprises, for example, separate containers for accommodating the thermoelectric power generator and the heat recovery unit, respectively, and the internal spaces of the separate containers communicate with each other, unless the flow of the cooling medium is unduly obstructed. It may have been done.
内燃機関へと流入する冷却媒体を上記ハウジングの内部空間を介して循環させることにより、熱電発電装置及び熱回収器の両方に冷却媒体を常に供給して、熱電発電装置及び熱回収器の両方から冷却媒体が常に受熱することが可能な冷媒流路を容易に構成することができる。また、回収器及び熱電発電装置への冷却媒体の供給を個別に切り替える機構(例えば、切替弁等)を必要としないので、ユニットの大型化及び複雑化を回避することができる。 By circulating the cooling medium flowing into the internal combustion engine through the internal space of the housing, the cooling medium is always supplied to both the thermoelectric generator and the heat recovery device, and the cooling medium is supplied from both the thermoelectric generation device and the heat recovery device. It is possible to easily configure a refrigerant flow path that can always receive heat by the cooling medium. Moreover, since a mechanism (for example, a switching valve) that individually switches the supply of the cooling medium to the collector and the thermoelectric generator is not required, it is possible to avoid an increase in size and complexity of the unit.
また、排気の流れに対して熱電発電装置と熱回収器とが並列に配置されている。ここで言う「排気の流れに対して並列に配置されている」構成は、内燃機関から排出される排気が、熱電発電装置及び熱回収器の何れか一方に供給された後に残る他方に供給される「排気の流れに対して直列に配置されている」構成ではなく、内燃機関から排出される排気を熱電発電装置及び熱回収器の両方に分けて同時に供給することが可能な構成を意味する。 Further, the thermoelectric generator and the heat recovery device are arranged in parallel with respect to the flow of exhaust gas. The configuration "arranged in parallel with the flow of exhaust gas" here means that the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is supplied to either the thermoelectric generator or the heat recovery unit and then to the other. It means that the exhaust gas emitted from the internal combustion engine can be supplied to both the thermoelectric generator and the heat recovery device at the same time, instead of being “arranged in series with respect to the flow of exhaust gas”. .
上記のように、第1ユニットにおいては、排気の流れに対して熱電発電装置と熱回収器とが並列に配置されている。従って、前述した直列統合型排気熱回収ユニットに比べて、ユニットをより小型化すると共に、排気の圧力損失をより小さくすることができる。更に、直列統合型排気熱回収ユニットとは異なり、熱電発電装置及び熱回収器のうち上流側にある方が下流側にある方よりも先に排気の熱を奪うために下流側にある方に到達する排気の温度が低くなり下流側にある方における発電効率又は冷却媒体の加熱効率が低下するという問題が生ずる虞が無い。 As described above, in the first unit, the thermoelectric generator and the heat recovery device are arranged in parallel with respect to the flow of exhaust gas. Therefore, as compared with the above-mentioned series integrated type exhaust heat recovery unit, the unit can be made smaller and the pressure loss of the exhaust can be made smaller. Further, unlike the series integrated exhaust heat recovery unit, the upstream side of the thermoelectric generator and the heat recovery unit is located on the downstream side to remove the heat of the exhaust before the downstream side. There is no risk that the temperature of the exhaust gas that reaches the lower side will decrease and the power generation efficiency or the heating efficiency of the cooling medium in the downstream side will decrease.
加えて、詳しくは後述するように熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給を切り替える機構と組み合わせることにより、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とをそれぞれ独立に切り替えることができる。このため、前述したように、第1ユニットにおいては、熱回収器及び熱電発電装置への冷却媒体の供給を個別に切り替える機構を設ける必要が無い。従って、第1ユニットによれば、ユニットの大型化及び複雑化を回避することができる。 In addition, as described in detail later, by combining with a mechanism for switching the supply of exhaust gas to the thermoelectric power generator and the heat recovery device, heat exchange by the heat recovery device and thermoelectric conversion by the thermoelectric power generation device are performed and non-execution, respectively. Can be switched independently. Therefore, as described above, in the first unit, there is no need to provide a mechanism for individually switching the supply of the cooling medium to the heat recovery device and the thermoelectric generator. Therefore, according to the first unit, it is possible to prevent the unit from becoming large and complicated.
更に、ハウジング内における冷却媒体の流路である冷媒流路は、冷却媒体が熱電発電装置に到達した後に熱回収器に到達するように構成されている。このような冷媒流路の構成は、冷却媒体が熱電発電装置に到達した後に熱回収器に到達することが可能である限り、特に限定されない。冷媒流路の具体例としては、例えば、ハウジング内に導入された冷却媒体を熱電発電装置における冷却媒体の流路(低熱源側)に導いた後に熱回収器における冷却媒体の流路に導き、その後にハウジングから冷却媒体を導出するように構成された配管等を挙げることができる(後述する図1を参照)。 Further, the refrigerant flow path, which is the flow path of the cooling medium in the housing, is configured such that the cooling medium reaches the heat recovery device after reaching the thermoelectric power generator. The configuration of such a refrigerant flow path is not particularly limited as long as the cooling medium can reach the heat recovery device after reaching the thermoelectric generator. As a specific example of the coolant channel, for example, the cooling medium introduced into the housing is guided to the cooling medium channel (low heat source side) in the thermoelectric generator and then guided to the cooling medium channel in the heat recovery device. A pipe or the like configured to lead out the cooling medium from the housing after that can be cited (see FIG. 1 described later).
或いは、ハウジングの内面と熱電発電装置及び熱回収器の外面との間の空隙並びに熱電発電装置の外面と熱回収器の外面との間の空隙を冷媒流路とし、熱電発電装置に近い位置から冷却媒体をハウジング内へと冷却媒体を導入し、熱回収器に近い位置から冷却媒体をハウジング外へと導出するようにしてもよい(後述する図2を参照)。 Alternatively, the gap between the inner surface of the housing and the outer surface of the thermoelectric power generator and the heat recovery device and the gap between the outer surface of the thermoelectric power generation device and the outer surface of the heat recovery device are used as the refrigerant flow path, and the position close to the thermoelectric power generation device is set. The cooling medium may be introduced into the housing, and the cooling medium may be led out of the housing from a position close to the heat recovery device (see FIG. 2 described later).
上記によれば、例えばラジエータにおける放熱等によって冷却された冷却媒体が、熱回収器よりも先に熱電発電装置に到達するので、熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差を大きくすることができ、結果として熱電発電装置による発電効率を高めることができる。このようにして熱電発電装置における発電に利用された冷却媒体の温度はある程度上昇するが、当該冷却媒体が熱電発電装置の後に到達する熱回収器においては内燃機関から排出された非常に高い温度を有する排気と当該冷却媒体との間において熱交換が実施される。従って、熱回収器における排気と冷却媒体との温度差は依然として大きいので、熱回収器において十分に大きい熱量を排気から冷却媒体に与えることができる。即ち、熱回収器において十分に高い熱回収効率を達成することができる。 According to the above, since the cooling medium cooled by, for example, heat radiation in the radiator reaches the thermoelectric generator before the heat recovery device, it is possible to increase the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric generator. As a result, the power generation efficiency of the thermoelectric generator can be improved. In this way, the temperature of the cooling medium used for power generation in the thermoelectric power generation device rises to some extent, but in the heat recovery device that the cooling medium reaches after the thermoelectric power generation device, the very high temperature exhausted from the internal combustion engine Heat exchange is performed between the exhaust gas and the cooling medium. Therefore, since the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the heat recovery device is still large, a sufficiently large amount of heat can be applied from the exhaust gas to the cooling medium in the heat recovery device. That is, a sufficiently high heat recovery efficiency can be achieved in the heat recovery device.
以上のように、第1ユニットによれば、ユニットの大型化及び複雑化を低減しつつ、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とをそれぞれ独立に切り替えることができる。 As described above, according to the first unit, it is possible to independently switch between execution and non-execution of heat exchange by the heat recovery device and thermoelectric conversion by the thermoelectric generator while reducing the size and complexity of the unit. it can.
ここで、図面を参照しながら第1ユニットの構成について説明する。図1は第1ユニットの構成の1つの具体例を示す模式的な断面図である。図1に示す第1ユニット101は、熱電発電装置10と、熱回収器20と、を備える統合型排気熱回収ユニットである。熱電発電装置10は、内燃機関(図示せず)から排出される排気と内燃機関へと流入する冷却媒体との温度差により発電する。熱回収器20は、内燃機関から排出される排気から回収した熱を内燃機関へと流入する冷却媒体に与える。
Here, the configuration of the first unit will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing one specific example of the configuration of the first unit. The
第1ユニット101において、熱電発電装置10及び熱回収器20は共通のハウジング30内に収納されている。また、排気の流れに対して熱電発電装置10と熱回収器20とが並列に配置されている。図1に示した例においては、熱電発電装置10に排気を供給する排気流路11と、熱回収器20に排気を供給する排気流路21と、が並列に配設されている。尚、図1において排気の流れは白抜きの矢印によって示されている。
In the
ハウジング30内における冷却媒体の流路である冷媒流路31は、斜線が施された領域によって表されている。即ち、ハウジング30内における冷却流路31は、冷却媒体が熱電発電装置10に到達した後に熱回収器20に到達するように構成されている。より具体的には、図1において斜線が施された矢印によって表されているように、冷却媒体はハウジング30の下部からハウジング30内に導入され、熱電発電装置10を構成する熱電変換素子12(黒塗りの四角形)の内側(高熱源側)に配設された排気流路11とは反対側(低熱源側)に形成された空間を通過した後、熱回収器20の内側に配設された排気流路21の周囲に形成された空間を通過し、ハウジング30の上部からハウジング30外に導出される。
The
尚、図1に示した例においては、上記のようにハウジング30内に独立して形成された冷却媒体の流路(配管)により、ハウジング30内に導入された冷却媒体を熱電発電装置10に導いた後に熱回収器20に導き、その後にハウジング30から導出している。
In the example shown in FIG. 1, the cooling medium introduced into the
しかしながら、図2に示す第1ユニット102のように、ハウジング30の内面と熱電発電装置10及び熱回収器20の外面との間の空隙並びに熱電発電装置10の外面と熱回収器20の外面との間の空隙を冷媒流路とし、熱電発電装置10に近い位置から冷却媒体をハウジング30内へと導入し、熱回収器20に近い位置から冷却媒体をハウジング30外へと導出するようにしてもよい。図2に示した例においては、排気流路11と熱電変換素子12とその周囲の空隙を含む領域(破線によって囲まれる領域)が熱電発電装置10に該当し、排気流路21とその周囲の空隙を含む領域(点線によって囲まれる領域)が熱回収器20に該当する。
However, as in the
尚、上述した図1及び図2に示した構成はあくまでも第1ユニットの構成の模式的な例示に過ぎず、各構成要素の配置並びに排気及び冷却媒体の流れる方向等、第1ユニットの構成の詳細については、上述した構成要件を満たす限り、これらの例示に限定されない。 The above-described configuration shown in FIGS. 1 and 2 is merely a schematic illustration of the configuration of the first unit, and the configuration of the first unit such as the arrangement of each component and the flowing direction of the exhaust gas and the cooling medium is not shown. The details are not limited to these examples as long as the above-mentioned constituent requirements are satisfied.
例えば、上述した図1及び図2においては、本発明に関する理解を容易にすることを目的として、熱電発電装置10が1つの排気流路11を備え且つ熱回収器20が1つの排気流路21を備える構成を例示したが、熱電発電装置10及び/又は熱回収器20が複数の排気流路を備えていてもよい。また、熱電発電装置10における熱電変換素子12の数及び配置についても、熱電発電装置10の構成に応じて種々の組み合わせを採用することができる。
For example, in FIGS. 1 and 2 described above, for the purpose of facilitating the understanding of the present invention, the
《第2実施形態》
以下、本発明の第2実施形態に係る排気熱回収ユニット(以降、「第2ユニット」と称される場合がある。)について説明する。
<< Second Embodiment >>
Hereinafter, an exhaust heat recovery unit according to the second embodiment of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “second unit”) will be described.
第2ユニットは、当該排気熱回収ユニットの使用時の姿勢にあるハウジング内において、冷却媒体が鉛直方向における下側からハウジング内に導入され、鉛直方向における上側から導出されるように、冷媒流路が構成されている点を除き、上述した第1ユニットと同様の構成を有する排気熱回収ユニットである。ここで言う「排気熱回収ユニットの使用時の姿勢」とは、例えば、車両に搭載された内燃機関からの排気熱の回収を目的として第2ユニットが使用される場合においては、当該車両に搭載された第2ユニットの姿勢(配設状態)を意味する。 The second unit is configured so that the cooling medium is introduced into the housing from the lower side in the vertical direction and is drawn out from the upper side in the vertical direction in the housing in the posture when the exhaust heat recovery unit is in use. Is an exhaust heat recovery unit having the same configuration as the above-mentioned first unit, except that the above-mentioned first unit is configured. The "attitude of the exhaust heat recovery unit during use" as used herein means, for example, when the second unit is used for the purpose of recovering exhaust heat from the internal combustion engine mounted on the vehicle, the second unit is mounted on the vehicle. It means the posture (arranged state) of the second unit thus prepared.
上記により、熱電発電装置及び/又は熱回収器における受熱により冷却媒体から蒸気が発生した場合においても、当該蒸気が鉛直方向における上側からハウジング外へと容易に排出される。従って、冷媒流路内に滞留した当該蒸気の圧力が過度に上昇して例えば冷却流路の破損等の問題に繋がる虞を低減することができる。 Due to the above, even when steam is generated from the cooling medium due to heat received by the thermoelectric generator and / or the heat recovery device, the steam is easily discharged from the upper side in the vertical direction to the outside of the housing. Therefore, it is possible to reduce the risk that the pressure of the vapor that has accumulated in the refrigerant flow channel excessively increases and may lead to problems such as damage to the cooling flow channel.
更に、第2ユニットにおいては、熱電発電装置は鉛直方向における下側に、熱回収器は鉛直方向における上側に配置されている。一方、上記のように、冷媒流路は、冷却媒体が鉛直方向における下側からハウジング内に導入され、鉛直方向における上側から導出されるように構成されている。即ち、第2ユニットにおいても、冷却媒体は、熱電発電装置に到達した後に熱回収器に到達する。 Further, in the second unit, the thermoelectric generator is arranged on the lower side in the vertical direction, and the heat recovery device is arranged on the upper side in the vertical direction. On the other hand, as described above, the coolant flow path is configured such that the cooling medium is introduced into the housing from the lower side in the vertical direction and is led out from the upper side in the vertical direction. That is, also in the second unit, the cooling medium reaches the heat recovery device after reaching the thermoelectric generator.
上記により、第2ユニットにおいても、第1ユニットと同様に、熱電発電装置による発電効率を高めると共に、熱回収器において十分に高い熱回収効率を達成することができる。 As described above, also in the second unit, similarly to the first unit, it is possible to enhance the power generation efficiency of the thermoelectric power generation device and achieve a sufficiently high heat recovery efficiency in the heat recovery device.
尚、第1ユニット101に関する説明において述べた通り、図1及び図2に示した例においては、冷却媒体は、鉛直方向における下側からハウジング30内に導入され、鉛直方向における上側から導出される。従って、図1及び図2に例示した構成は、第2ユニットの構成要件を満たしている。
As described in the description of the
《第3実施形態》
以下、本発明の第3実施形態に係る排気熱回収システム(以降、「第3システム」と称される場合がある。)について説明する。
<< Third Embodiment >>
Hereinafter, an exhaust heat recovery system according to the third embodiment of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “third system”) will be described.
第3システムは、上述した第1ユニット及び第2ユニットを始めとする本発明に係る排気熱回収ユニット(本発明ユニット)と、切り替え機構と、制御装置と、を備える排気熱回収システムである。 The third system is an exhaust heat recovery system including an exhaust heat recovery unit according to the present invention (the present invention unit) including the first unit and the second unit described above, a switching mechanism, and a control device.
切り替え機構は、排気熱回収ユニットを構成する熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えるように構成された機構である。このような切り替え機構の構成は、熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えることが可能である限り、特に限定されない。切り替え機構の具体例としては、例えば、熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給流路にそれぞれ介装された弁及び当該供給流路の熱電発電装置及び熱回収器への分岐部に介装された三方弁等を挙げることができる。また、これらの弁は、例えば電動機等のアクチュエータによって開閉を切り替えたり、開度を調整したりすることができる。 The switching mechanism is a mechanism configured to switch the opening and closing of the flow path of the exhaust gas to the thermoelectric power generator and the heat recovery unit, which constitutes the exhaust heat recovery unit, independently of each other. The configuration of such a switching mechanism is not particularly limited as long as it is possible to switch the opening and closing of the exhaust gas supply flow path to the thermoelectric generator and the heat recovery device independently of each other. As a specific example of the switching mechanism, for example, a valve installed in the exhaust supply flow path to the thermoelectric power generation device and the heat recovery device and a branching part of the supply flow path to the thermoelectric generation device and the heat recovery device, respectively. The three-way valve etc. which were equipped can be mentioned. Further, these valves can be switched between open and closed by an actuator such as an electric motor, and the opening can be adjusted.
制御装置は、切り替え機構を制御して熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給を切り替えるように構成されている。このような制御装置の構成は、切り替え機構を制御して熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給を切り替えることが可能である限り、特に限定されない。制御装置の具体例としては、例えば、CPU、ROM、RAM及びインタフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路(ECU)等を挙げることができる。CPUは、メモリ(ROM)に格納されたインストラクション(ルーチン)を実行することにより、内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態に応じて切り替え機構を制御して熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給を切り替える。 The control device is configured to control the switching mechanism to switch the supply of exhaust gas to the thermoelectric generator and the heat recovery device. The configuration of such a control device is not particularly limited as long as it is possible to control the switching mechanism to switch the supply of exhaust gas to the thermoelectric power generator and the heat recovery device. As a specific example of the control device, for example, an electronic control circuit (ECU) having a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an interface and the like as a main component can be cited. The CPU executes the instructions (routine) stored in the memory (ROM) to control the switching mechanism according to the states of the internal combustion engine and the exhaust heat recovery unit to control the exhaust gas to the thermoelectric generator and the heat recovery unit. Switch supply.
以上のように、第3システムによれば、ユニットの大型化及び複雑化を低減しつつ、内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態に応じて、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを、それぞれ独立に切り替えることができる。 As described above, according to the third system, the heat exchange by the heat recovery unit and the thermoelectric conversion by the thermoelectric power generator are performed according to the states of the internal combustion engine and the exhaust heat recovery unit while reducing the size and complexity of the unit. The execution and non-execution of can be switched independently.
ここで、図面を参照しながら第3システムの構成について説明する。図3は第3システムの構成の1つの具体例を示す模式的な断面図である。図3に示す第3システム301は、第1ユニット101と、切り替え機構40と、制御装置(ECU)50と、を備える排気熱回収システムである。第1ユニット101の構成については図1を参照しながら既に上述したので、ここでは説明を繰り返さない。
Here, the configuration of the third system will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing one specific example of the configuration of the third system. A
切り替え機構40は、第1ユニット101を構成する熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替える。図3に示した例における切り替え機構40は、熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路の熱電発電装置10及び熱回収器20への分岐部に介装されたロータリー型三方弁として構成されている。内部に排気の流路が形成されたロータ41(流路部分が白抜きになっている黒い円)をアクチュエータとしての電動機(図示せず)によって回転させることにより、熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えることができる。
The
具体的には、ロータ41が図3の(a)に示す状態にある場合、熱電発電装置10及び熱回収器20の両方への排気の供給流路が開いているので、熱電発電装置10及び熱回収器20の両方へ排気を供給することができる。ロータ41が(b)に示す状態にある場合、熱電発電装置10への排気の供給流路のみが開いているので、熱電発電装置10のみに排気を供給することができる。ロータ41が(c)に示す状態にある場合、熱回収器20への排気の供給流路のみが開いているので、熱回収器20のみに排気を供給することができる。
Specifically, when the
尚、上述したように、切り替え機構40の構成は上記に限定されず、熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えることが可能である限り、特に限定されない。例えば、上記のようなロータリー型三方弁に代えて、仕切板状の弁体を所定の軸の周りに回転させる単純な構造を採用してもよい。或いは、熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路にそれぞれ個別の弁を介装してもよい。この場合の弁の方式も特に限定されず、例えば仕切弁及びバタフライ弁等、種々の方式から適宜選択することができる。
Note that, as described above, the configuration of the
制御装置50は、切り替え機構40を制御して熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給を切り替える。図3に示した例においては、制御装置50は、ロータ41を回転させるアクチュエータとしての電動機(図示せず)への電源供給を制御して、ロータ41を所定の回転位置に回転させることにより、熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路の開閉を切り替えることができる。
The
次に、図4は第3システムの構成のもう1つの具体例を示す模式的な断面図である。図4に示す第3システム302は、第1ユニット102と、切り替え機構40と、制御装置(ECU)50と、を備える排気熱回収システムである。第1ユニット102の構成については図2を参照しながら既に上述したので、ここでは説明を繰り返さない。
Next, FIG. 4 is a schematic sectional view showing another specific example of the configuration of the third system. The
第3システム302においては、切り替え機構40として、熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路の熱電発電装置10及び熱回収器20への分岐部において所定の軸の周りに回転可能に配設された仕切板状の弁体42を備える切り替え弁を採用している。弁体42をアクチュエータとしての電動機(図示せず)によって回転させることにより、熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えることができる。
In the
具体的には、弁体42が図4の(a)に示す状態にある場合、熱電発電装置10及び熱回収器20の両方への排気の供給流路が開いているので、熱電発電装置10及び熱回収器20の両方へ排気を供給することができる。弁体42が(b)に示す状態にある場合、熱電発電装置10への排気の供給流路のみが開いているので、熱電発電装置10のみに排気を供給することができる。弁体42が(c)に示す状態にある場合、熱回収器20への排気の供給流路のみが開いているので、熱回収器20のみに排気を供給することができる。
Specifically, when the
尚、上述した図3及び図4に示した構成はあくまでも第3システムの構成の模式的な例示に過ぎず、各構成要素の配置、排気及び冷却媒体の流れる方向、並びに制御装置によって実行される制御の具体的内容等、第3システムの構成及び動作の詳細については、上述した構成要件を満たす限り、これらの例示に限定されない。 The above-described configurations shown in FIGS. 3 and 4 are merely schematic exemplifications of the configuration of the third system, and are executed by the arrangement of each component, the exhaust and cooling medium flowing directions, and the control device. The details of the configuration and operation of the third system such as the specific contents of control are not limited to these examples as long as the above-described configuration requirements are satisfied.
《第4実施形態》
以下、本発明の第4実施形態に係る排気熱回収システム(以降、「第4システム」と称される場合がある。)について説明する。
<< 4th Embodiment >>
Hereinafter, an exhaust heat recovery system according to the fourth embodiment of the present invention (hereinafter, may be referred to as “fourth system”) will be described.
上述したように、第3システムによれば、ユニットの大型化及び複雑化を低減しつつ、内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態に応じて、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを、それぞれ独立に切り替えることができる。 As described above, according to the third system, the heat exchange by the heat recovery device and the thermoelectric conversion by the thermoelectric power generator are performed according to the states of the internal combustion engine and the exhaust heat recovery unit while reducing the size and complexity of the unit. The execution and non-execution of can be switched independently.
第4システムは、その時々の内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態を所定の検出手段によって検出し、その結果に応じて、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを、制御装置によって自動的に、それぞれ独立に切り替えることができるように構成される。 The fourth system detects the state of the internal combustion engine and the exhaust heat recovery unit at each time by a predetermined detection means, and according to the result, the heat exchange by the heat recovery device and the thermoelectric conversion by the thermoelectric power generator are performed or not performed. And are automatically switched by the control device independently of each other.
具体的には、第4システムは、温度検出手段と、電力検出手段と、を更に備える点を除き、上述した第3システムと同様の構成を有する排気熱回収システムである。温度検出手段は、内燃機関から流出する冷却媒体の温度である冷媒温度を検出するように構成されている。このような温度検出手段の構成は、冷媒温度を検出することが可能である限り、特に限定されない。温度検出手段の具体例としては、例えば、サーミスター等の温度センサ等を挙げることができる。尚、温度検出手段は、必ずしも冷媒温度自体を検出する必要は無く、冷媒温度と相関関係を有する温度を検出し、検出された温度を制御装置によって冷媒温度に換算するようにしてもよい。或いは、検出された温度に基づいて後述する制御を実行するようにしてもよい。 Specifically, the fourth system is an exhaust heat recovery system having the same configuration as the above-described third system, except that the fourth system further includes a temperature detection unit and a power detection unit. The temperature detecting means is configured to detect the refrigerant temperature, which is the temperature of the cooling medium flowing out from the internal combustion engine. The structure of such a temperature detecting means is not particularly limited as long as it can detect the refrigerant temperature. Specific examples of the temperature detecting means include a temperature sensor such as a thermistor. The temperature detecting means does not necessarily have to detect the refrigerant temperature itself, but may detect a temperature having a correlation with the refrigerant temperature and convert the detected temperature into the refrigerant temperature by the control device. Alternatively, the control described below may be executed based on the detected temperature.
電力検出手段は、熱電発電装置によって発電される電力である発電電力を検出するように構成されている。このような電力検出手段の構成は、発電電力を検出することが可能である限り、特に限定されない。電力検出手段の具体例としては、例えば、熱電発電装置の出力電圧を検出する電圧センサと出力電流を検出する電流センサとの組み合わせ等を挙げることができる。これによれば、検出された出力電圧及び出力電流に基づいて制御装置によって発電電力を算出することができる。 The electric power detection means is configured to detect generated electric power that is electric power generated by the thermoelectric generator. The configuration of such power detection means is not particularly limited as long as it is possible to detect the generated power. Specific examples of the electric power detection means include, for example, a combination of a voltage sensor that detects the output voltage of the thermoelectric generator and a current sensor that detects the output current. According to this, the power generation can be calculated by the control device based on the detected output voltage and output current.
更に、第4システムにおいて、制御装置は、以下に列挙する(1)乃至(4)に示す制御を実行するように構成されている。 Further, in the fourth system, the control device is configured to execute the controls shown in (1) to (4) listed below.
(1)冷媒温度が所定の下限温度未満であると判定される場合は、切り替え機構を制御して熱回収器への排気の供給流路を開く。ここで言う「所定の下限温度」としては、例えば、内燃機関の暖機が不要であると判断される冷媒温度の最低温度を採用することができる。換言すれば、良好な運転効率を達成し得る内燃機関の最低温度に対応する冷媒温度を所定の下限温度として設定することができる。このような下限温度に冷媒温度が到達していない(即ち、冷媒温度が下限温度未満である)場合、熱回収器による熱交換(熱回収)を実施して冷媒温度を高めることが望ましい。そこで、制御装置は、切り替え機構を制御して熱回収器への排気の供給流路を開き、熱回収器による熱交換を実施する。 (1) When it is determined that the refrigerant temperature is lower than the predetermined lower limit temperature, the switching mechanism is controlled to open the exhaust gas supply passage to the heat recovery device. As the “predetermined lower limit temperature” here, for example, the lowest temperature of the refrigerant temperature that is determined to be unnecessary for warming up the internal combustion engine can be adopted. In other words, it is possible to set the refrigerant temperature corresponding to the lowest temperature of the internal combustion engine that can achieve good operating efficiency, as the predetermined lower limit temperature. When the refrigerant temperature does not reach such a lower limit temperature (that is, the refrigerant temperature is lower than the lower limit temperature), it is desirable to increase the refrigerant temperature by performing heat exchange (heat recovery) by the heat recovery device. Therefore, the control device controls the switching mechanism to open the exhaust gas supply path to the heat recovery device, and performs heat exchange by the heat recovery device.
(2)冷媒温度が所定の上限温度以上であると判定される場合は、切り替え機構を制御して熱回収器への排気の供給流路を閉じ且つ熱電発電装置への排気の供給流路を開く。ここで言う「所定の上限温度」としては、例えば、ラジエータにおける放熱によって冷却媒体の温度を十分に低下させることが困難となり内燃機関を十分に冷却することが困難となる虞があると判断される冷却媒体の最低温度(例えば、80℃)を採用することができる。このような上限温度に冷媒温度が到達している(即ち、冷媒温度が上限温度以上である)場合、熱回収器による熱交換(熱回収)を停止して冷媒温度の更なる上昇を低減することが望ましい。 (2) When it is determined that the refrigerant temperature is equal to or higher than the predetermined upper limit temperature, the switching mechanism is controlled to close the exhaust supply passage to the heat recovery device and to close the exhaust supply passage to the thermoelectric generator. open. As the "predetermined upper limit temperature" here, for example, it is determined that it is difficult to sufficiently lower the temperature of the cooling medium due to heat dissipation in the radiator and it may be difficult to sufficiently cool the internal combustion engine. The lowest temperature of the cooling medium (for example, 80 ° C.) can be adopted. When the refrigerant temperature reaches such an upper limit temperature (that is, the refrigerant temperature is equal to or higher than the upper limit temperature), heat exchange (heat recovery) by the heat recovery device is stopped to reduce a further increase in the refrigerant temperature. Is desirable.
そこで、制御装置は、切り替え機構を制御して熱回収器への排気の供給流路を閉じる。このとき熱電発電装置への排気の供給流路が閉じている場合、内燃機関から排出される排気の排出経路が遮断されてしまう。そこで、制御装置は、切り替え機構を制御して熱電発電装置への排気の供給流路を開く。当然のことながら、このとき熱電発電装置への排気の供給流路が既に開いている場合は、制御装置によって熱電発電装置への排気の供給流路を改めて開く必要は無い。 Therefore, the control device controls the switching mechanism to close the exhaust flow path to the heat recovery device. At this time, if the exhaust gas supply passage to the thermoelectric generator is closed, the exhaust gas exhaust path discharged from the internal combustion engine is blocked. Therefore, the control device controls the switching mechanism to open the exhaust gas supply passage to the thermoelectric generator. As a matter of course, if the exhaust gas supply passage to the thermoelectric generator is already open at this time, it is not necessary to open the exhaust supply passage to the thermoelectric generator again by the control device.
(3)冷媒温度及び発電電力に基づき、熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差が所定の上限温度差未満であると判定される場合は、切り替え機構を制御して熱電発電装置への排気の供給流路を開く。上記「熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差」は、冷媒温度及び発電電力に基づいて制御装置によって算出することができる。具体的には、例えば、熱電発電装置を構成する熱電変換素子の高熱源側と低熱源側との間の温度差を検出する検出手段を備える実験用の熱電発電装置を用意し、当該熱電発電装置を用いて上記温度差と発電電力との対応関係を様々な冷媒温度において予め求めておく。そして、実際の制御の実行時には、上述した温度検出手段によって検出される冷媒温度及び上述した電力検出手段によって検出される発電電力から上記対応関係に基づいて上記温度差を特定することができる。 (3) When it is determined that the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric power generator is less than the predetermined upper limit temperature difference based on the refrigerant temperature and the generated electric power, the switching mechanism is controlled to transfer to the thermoelectric power generator. Open the exhaust flow path. The “temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric power generator” can be calculated by the control device based on the refrigerant temperature and the generated power. Specifically, for example, an experimental thermoelectric generator is provided with a detection means for detecting a temperature difference between the high heat source side and the low heat source side of the thermoelectric conversion element that constitutes the thermoelectric generator, and the thermoelectric generator is prepared. Correspondence between the temperature difference and the generated power is obtained in advance at various refrigerant temperatures by using a device. Then, when the actual control is executed, the temperature difference can be specified based on the correspondence relationship from the refrigerant temperature detected by the temperature detecting unit and the generated power detected by the power detecting unit.
また、ここで言う「所定の上限温度差」としては、例えば、熱電発電装置を構成する熱電変換素子の高熱源側と低熱源側との間の温度差によって生ずる熱電変換素子の高熱源側と低熱源側との間の熱変形量の違い等に起因する熱電変換素子の破損が発生する上記温度差の最小値を採用することができる。このような最小値は第4システムを構成する熱電発電装置を用いる事前実験等によって予め求めておくことができる。 In addition, as the "predetermined upper limit temperature difference" referred to here, for example, with the high heat source side of the thermoelectric conversion element that is caused by the temperature difference between the high heat source side and the low heat source side of the thermoelectric conversion element that constitutes the thermoelectric power generator. It is possible to adopt the minimum value of the above-mentioned temperature difference in which the thermoelectric conversion element is damaged due to a difference in the amount of thermal deformation between the low heat source side and the like. Such a minimum value can be obtained in advance by a preliminary experiment or the like using the thermoelectric generator that constitutes the fourth system.
このような上限温度差に上記温度差が到達していない(即ち、上記温度差が所定の上限温度差未満である)場合、熱電発電装置による熱電変換を実施しても上記のような熱電変換素子の破損が発生する可能性は低い。従って、この場合、省エネルギーの観点からは、熱電発電装置による熱電変換を実施することが望ましい。そこで、制御装置は、切り替え機構を制御して熱電発電装置への排気の供給流路を開き、熱電発電装置による熱電変換を実施する。 When the temperature difference does not reach such an upper limit temperature difference (that is, the temperature difference is less than a predetermined upper limit temperature difference), the thermoelectric conversion as described above is performed even if thermoelectric conversion is performed by the thermoelectric generator. It is unlikely that element damage will occur. Therefore, in this case, from the viewpoint of energy saving, it is desirable to carry out thermoelectric conversion by the thermoelectric generator. Therefore, the control device controls the switching mechanism to open the exhaust gas supply path to the thermoelectric power generation device, and performs thermoelectric conversion by the thermoelectric power generation device.
(4)上記温度差が上記上限温度差以上であると判定される場合は、切り替え機構を制御して熱電発電装置への排気の供給流路を閉じ且つ熱回収器への排気の供給流路を開く。上記上限温度差に上記温度差が到達している(即ち、上記温度差が上限温度差以上である)場合、熱電発電装置への排気の供給を実施又は継続すると、上記のような熱電変換素子の破損が発生する可能性が高い。従って、この場合、熱電発電装置への排気の供給を停止して上記温度差の更なる増大を低減することが望ましい。 (4) When it is determined that the temperature difference is equal to or more than the upper limit temperature difference, the switching mechanism is controlled to close the exhaust supply flow path to the thermoelectric generator and the exhaust supply flow path to the heat recovery device. open. When the temperature difference reaches the upper limit temperature difference (that is, the temperature difference is equal to or more than the upper limit temperature difference), when the exhaust gas is supplied or continuously supplied to the thermoelectric generator, the thermoelectric conversion element as described above is provided. There is a high possibility that damage will occur. Therefore, in this case, it is desirable to stop the supply of the exhaust gas to the thermoelectric generator to reduce the further increase in the temperature difference.
そこで、制御装置は、切り替え機構を制御して熱電発電装置への排気の供給流路を閉じる。このとき熱回収器への排気の供給流路が閉じている場合、内燃機関から排出される排気の排出経路が遮断されてしまう。そこで、制御装置は、切り替え機構を制御して熱回収器への排気の供給流路を開く。当然のことながら、このとき熱回収器への排気の供給流路が既に開いている場合は、制御装置によって熱回収器への排気の供給流路を改めて開く必要は無い。 Therefore, the control device controls the switching mechanism to close the exhaust supply flow path to the thermoelectric generator. At this time, if the exhaust flow path to the heat recovery unit is closed, the exhaust path of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine will be blocked. Therefore, the control device controls the switching mechanism to open the exhaust gas supply passage to the heat recovery device. Of course, at this time, if the exhaust gas supply path to the heat recovery device is already open, it is not necessary to open the exhaust gas supply path to the heat recovery device again by the control device.
以上のように、第4システムによれば、その時々の内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態を所定の検出手段によって検出し、その結果に応じて、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを、制御装置によって自動的に、それぞれ独立に切り替えることができる。 As described above, according to the fourth system, the states of the internal combustion engine and the exhaust heat recovery unit at each time are detected by the predetermined detection means, and according to the result, the heat exchange by the heat recovery device and the thermoelectric generator are performed. Whether the thermoelectric conversion is performed or not can be automatically and independently switched by the control device.
ここで、図面を参照しながら第4システムの構成について説明する。図5は第4システムの構成の1つの具体例を示す模式的な断面図である。図5に示す第4システム401は、温度検出手段51及び電力検出手段52を更に備える点並びにこれらの検出手段による検出結果に応じて熱電発電装置10による熱電変換及び熱回収器20による熱交換の実施と非実施とを自動的且つ独立に切り替えるように制御装置50が構成されている点を除き、図3を参照しながら上述した第3システム301と同様の構成を有する。従って、以下の説明においては、第3システム301との相違点に着目して、第4システム401について説明する。
Here, the configuration of the fourth system will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing one specific example of the configuration of the fourth system. The
温度検出手段51は、図示しない内燃機関から流出する冷却媒体の温度である冷媒温度を検出するように構成されている。電力検出手段52は、熱電発電装置10によって発電される電力である発電電力を検出するように構成されている。制御装置50は、切り替え機構40を制御して、上述した(1)乃至(4)に示す制御を実行する。具体的には、制御装置50は、熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路の分岐部に介装されたロータリー型三方弁のアクチュエータとしての電動機(図示せず)を制御してロータ41を回転させることにより、以下の(1’)乃至(4’)に列挙する制御を実行する。
The
(1’)冷媒温度が所定の下限温度未満であると判定される場合は、切り替え機構40を制御して熱回収器20への排気の供給流路を開く(図5の(a)又は(c)を参照)。
(2’)冷媒温度が所定の上限温度以上であると判定される場合は、切り替え機構40を制御して熱回収器20への排気の供給流路を閉じ且つ熱電発電装置10への排気の供給流路を開く(図5の(b)を参照)。
(3’)冷媒温度及び発電電力に基づき、熱電発電装置10における排気と冷却媒体との温度差が所定の上限温度差未満であると判定される場合は、切り替え機構40を制御して熱電発電装置10への排気の供給流路を開く(図5の(a)又は(b)を参照)。
(4’)温度差が上限温度差以上であると判定される場合は、切り替え機構40を制御して熱電発電装置10への排気の供給流路を閉じ且つ熱回収器20への排気の供給流路を開く(図5の(c)を参照)。
(1 ′) When it is determined that the refrigerant temperature is lower than the predetermined lower limit temperature, the
(2 ′) When it is determined that the refrigerant temperature is equal to or higher than the predetermined upper limit temperature, the
(3 ′) When it is determined that the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the
(4 ′) When it is determined that the temperature difference is equal to or more than the upper limit temperature difference, the
ロータ41が図5の(d)に示す状態にある場合、即ち、熱電発電装置10への排気の供給流路及び熱回収器20への排気の供給流路の両方が閉じられている場合、内燃機関から排出される排気の排出経路が遮断されてしまう。従って、制御装置50は、上記(1’)乃至(4’)に示したように、ロータ41が図5の(d)に示す状態にはならないように、切り替え機構40を制御する。
When the
次に、図6は第4システムの構成のもう1つの具体例を示す模式的な断面図である。図6に示す第4システム402は、温度検出手段51及び電力検出手段52を更に備える点並びにこれらの検出手段による検出結果に応じて熱電発電装置10による熱電変換及び熱回収器20による熱交換の実施と非実施とを自動的且つ独立に切り替えるように制御装置50が構成されている点を除き、図4を参照しながら上述した第3システム302と同様の構成を有する。また、第4システム402が備える制御装置50が実行する制御は、上述した(1)乃至(4)及び(1’)乃至(4’)に列挙する制御と同様である。従って、第4システム402の構成及び第4システム402が備える制御装置50が実行する制御についての説明は割愛する。
Next, FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another specific example of the configuration of the fourth system. The
尚、第4システム402においては、第3システム302と同様に、切り替え機構40として、熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路の分岐部において所定の軸の周りに回転可能に配設された仕切板状の弁体42を備える切り替え弁を採用している。従って、第4システム401とは異なり、熱電発電装置10への排気の供給流路及び熱回収器20への排気の供給流路の両方が閉じられてしまって内燃機関から排出される排気の排出経路が遮断されてしまう虞は無い。
In the
尚、上述した図5及び図6に示した構成はあくまでも第4システムの構成の模式的な例示に過ぎず、各構成要素の配置、排気及び冷却媒体の流れる方向、並びに制御装置によって実行される制御の具体的内容等、第4システムの構成及び動作の詳細については、上述した構成要件を満たす限り、これらの例示に限定されない。 The configurations shown in FIGS. 5 and 6 described above are merely schematic exemplifications of the configuration of the fourth system, and are executed by the arrangement of the respective components, the flow directions of the exhaust gas and the cooling medium, and the control device. The details of the configuration and operation of the fourth system, such as specific control contents, are not limited to these examples as long as the above-described configuration requirements are satisfied.
《第5実施形態》
以下、本発明の第5実施形態に係る排気熱回収システム(以降、「第5システム」と称される場合がある。)について説明する。
<< Fifth Embodiment >>
Hereinafter, the exhaust heat recovery system according to the fifth embodiment of the present invention (hereinafter, may be referred to as “fifth system”) will be described.
上述したように、冷媒温度が所定の上限温度以上であると判定される場合は、熱回収器への排気の供給流路を閉じて熱回収器への排気の供給を停止することが望ましい。また、熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差が所定の上限温度差以上であると判定される場合は、熱電発電装置への排気の供給流路を閉じて熱電発電装置への排気の供給を停止することが望ましい。 As described above, when it is determined that the refrigerant temperature is equal to or higher than the predetermined upper limit temperature, it is desirable to close the exhaust gas supply passage to the heat recovery device and stop the exhaust gas supply to the heat recovery device. Further, when it is determined that the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric power generation device is equal to or more than a predetermined upper limit temperature difference, the exhaust flow path to the thermoelectric power generation device is closed to close the exhaust gas to the thermoelectric power generation device. It is desirable to stop the supply.
従って、冷媒温度が所定の上限温度以上であり且つ熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差が所定の上限温度差以上であると判定される場合は、熱回収器への排気の供給流路及び熱電発電装置への排気の供給流路の両方を閉じることが望ましい。しかしながら、上述した第3システム及び第4システムにおいて熱回収器への排気の供給流路及び熱電発電装置への排気の供給流路の両方を閉じると、内燃機関から排出される排気の排出経路が遮断されてしまう。 Therefore, when the refrigerant temperature is equal to or higher than the predetermined upper limit temperature and the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric generator is equal to or higher than the predetermined upper limit temperature difference, the supply flow of the exhaust gas to the heat recovery device It is desirable to close both the path and the exhaust flow path to the thermoelectric generator. However, in the above-described third system and fourth system, when both the exhaust supply passage to the heat recovery device and the exhaust supply passage to the thermoelectric generator are closed, the exhaust passage of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine becomes It will be cut off.
そこで、第5システムにおいては、排気熱回収ユニットを経由しない排気の流路であるバイパス流路が更に設けられ、切り替え機構を制御して熱電発電装置、熱回収器及びバイパス流路への排気の供給を切り替えるように制御装置が構成されている点を除き、上述した第3システムと同様の構成を有する排気熱回収システムである。 Therefore, in the fifth system, a bypass flow passage, which is a flow passage for exhaust gas that does not pass through the exhaust heat recovery unit, is further provided, and the switching mechanism is controlled to control the flow of exhaust gas to the thermoelectric generator, the heat recovery device, and the bypass flow passage. An exhaust heat recovery system having the same configuration as the above-described third system, except that the control device is configured to switch the supply.
具体的には、第5システムは、本発明に係る排気熱回収ユニット(本発明ユニット)を経由しない排気の流路であるバイパス流路を更に備える。このようなバイパス流路は、第5システムに含まれる本発明ユニットが備える熱電発電装置及び熱回収器との熱の授受を実質的に伴わずに排気を排出することができる排気の流路である限り、特に限定されない。 Specifically, the fifth system further includes a bypass passage that is an exhaust passage that does not pass through the exhaust heat recovery unit according to the present invention (the present invention unit). Such a bypass flow path is an exhaust flow path capable of discharging exhaust gas without substantially exchanging heat with the thermoelectric generator and the heat recovery device included in the unit of the present invention included in the fifth system. As long as it exists, it is not particularly limited.
更に、第5システムにおいては、排気熱回収ユニットを構成する熱電発電装置及び熱回収器並びにバイパス流路への排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えるように、切り替え機構が構成されている。このような切り替え機構の構成は、熱電発電装置への排気の供給流路、熱回収器への排気の供給流路及び上記バイパス流路への排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えることが可能である限り、特に限定されない。切り替え機構の具体例としては、第3システムについて上述したように、例えば、熱電発電装置、熱回収器及びバイパス流路への排気の供給流路にそれぞれ介装された弁及び当該供給流路の熱電発電装置、熱回収器及びバイパス流路への分岐部に介装された四方弁等を挙げることができる。また、これらの弁は、例えば電動機等のアクチュエータによって開閉を切り替えたり、開度を調整したりすることができる。 Further, in the fifth system, the switching mechanism is configured so as to switch the opening / closing of the thermoelectric generator and the heat recovery unit constituting the exhaust heat recovery unit and the exhaust supply flow path to the bypass flow path, independently of each other. . The configuration of such a switching mechanism is such that the opening and closing of the exhaust supply passage to the thermoelectric generator, the exhaust supply passage to the heat recovery device, and the exhaust supply passage to the bypass passage are independently switched. There is no particular limitation as long as it is possible. As a specific example of the switching mechanism, as described above with respect to the third system, for example, the valves installed in the thermoelectric generator, the heat recovery device, and the exhaust supply passage to the bypass passage, and the supply passage Examples thereof include a thermoelectric power generator, a heat recovery device, and a four-way valve interposed at a branch portion to a bypass flow path. Further, these valves can be switched between open and closed by an actuator such as an electric motor, and the opening can be adjusted.
加えて、切り替え機構を制御して熱電発電装置、熱回収器及びバイパス流路への排気の供給を切り替えるように、制御装置が構成されている。このような制御装置の構成は、切り替え機構を制御して熱電発電装置、熱回収器及びバイパス流路への排気の供給を切り替えることが可能である限り、特に限定されない。制御装置の具体例としては、例えば、上述したような電子制御回路(ECU)等を挙げることができる。ECUを構成するCPUは、メモリ(ROM)に格納されたインストラクション(ルーチン)を実行することにより、内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態に応じて切り替え機構を制御して熱電発電装置及び熱回収器への排気の供給を切り替える。 In addition, the control device is configured to control the switching mechanism to switch the supply of exhaust gas to the thermoelectric power generator, the heat recovery device, and the bypass passage. The configuration of such a control device is not particularly limited as long as the switching mechanism can be controlled to switch the supply of exhaust gas to the thermoelectric power generator, the heat recovery device, and the bypass flow passage. Specific examples of the control device include the electronic control circuit (ECU) as described above. The CPU that constitutes the ECU controls the switching mechanism according to the states of the internal combustion engine and the exhaust heat recovery unit by executing the instructions (routine) stored in the memory (ROM), and the thermoelectric generator and the heat recovery unit. Switch the exhaust supply to.
以上のように、第5システムによれば、ユニットの大型化及び複雑化を低減しつつ、内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態に応じて、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを、それぞれ独立に切り替えることができる。加えて、第5システムによれば、冷媒温度が所定の上限温度以上であり且つ熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差が所定の上限温度差以上であると判定される場合等において熱回収器への排気の供給流路及び熱電発電装置への排気の供給流路の両方を閉じても、内燃機関から排出される排気の排出経路をバイパス流路によって確保することができる。 As described above, according to the fifth system, the heat exchange by the heat recovery unit and the thermoelectric conversion by the thermoelectric power generator are performed according to the states of the internal combustion engine and the exhaust heat recovery unit while reducing the size and complexity of the unit. The execution and non-execution of can be switched independently. In addition, according to the fifth system, in the case where it is determined that the refrigerant temperature is equal to or higher than the predetermined upper limit temperature and the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric power generator is equal to or higher than the predetermined upper limit temperature difference, Even if both the exhaust supply passage to the collector and the exhaust supply passage to the thermoelectric generator are closed, the exhaust passage of the exhaust exhausted from the internal combustion engine can be secured by the bypass passage.
ここで、図面を参照しながら第5システムの構成について説明する。図7は第5システムの構成の1つの具体例を示す模式的な断面図である。図7に示す第5システム501は、以下の点を除き、図3を参照しながら上述した第3システム301と同様の構成を有する。
Here, the configuration of the fifth system will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing one specific example of the configuration of the fifth system. The
第5システム501は、第1ユニット101を経由しない排気の流路であるバイパス流路60を更に備える。図7に示した例においては、バイパス流路60は、図示しない内燃機関から排出される排気が流れる流路が内部に形成された排気管である。熱電発電装置10に排気を供給する排気流路11と、熱回収器20に排気を供給する排気流路21と、バイパス流路60と、は互いに並列に配設されている。尚、図7においても、排気の流れは白抜きの矢印によって示されている。
The
更に、第5システム501においては、第1ユニット101を構成する熱電発電装置10及び熱回収器20並びにバイパス流路60への排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えるように、切り替え機構40が構成されている(格子が施された円として示す領域)。尚、図7においては切り替え機構40の具体的な構成は省略したが、切り替え機構40の構成の具体例については後述する実施例において詳細に説明する。
Furthermore, in the
加えて、第5システム501においては、切り替え機構40を制御して熱電発電装置10、熱回収器20及びバイパス流路60への排気の供給を切り替えるように、制御装置50が構成されている。図7に示した例においては、制御装置50は、切り替え機構40を構成する弁体(図示せず)を回転させるアクチュエータとしての電動機(図示せず)への電源供給を制御して、熱電発電装置10、熱回収器20及びバイパス流路60への排気の供給流路の開閉を切り替えることができる。
In addition, in the
次に、図8は第5システムの構成のもう1つの具体例を示す模式的な断面図である。図8に示す第5システム502は、第1ユニット101に代えて第1ユニット102を備える点を除き、図7を参照しながら上述した第5システム501と同様の構成を有する。従って、第5システム502の詳細についての説明は割愛する。
Next, FIG. 8 is a schematic sectional view showing another specific example of the configuration of the fifth system. A
尚、上述した図7及び図8に示した構成はあくまでも第5システムの構成の模式的な例示に過ぎず、各構成要素の配置、排気及び冷却媒体の流れる方向、並びに制御装置によって実行される制御の具体的内容等、第5システムの構成及び動作の詳細については、上述した構成要件を満たす限り、これらの例示に限定されない。 The above-described configurations shown in FIGS. 7 and 8 are merely schematic examples of the configuration of the fifth system, and are executed by the arrangement of each component, the exhaust and cooling medium flowing directions, and the control device. The details of the configuration and operation of the fifth system, such as the specific contents of control, are not limited to these examples as long as the above configuration requirements are satisfied.
《第6実施形態》
以下、本発明の第6実施形態に係る排気熱回収システム(以降、「第6システム」と称される場合がある。)について説明する。
<< 6th Embodiment >>
Hereinafter, an exhaust heat recovery system according to the sixth embodiment of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “sixth system”) will be described.
上述したように、第5システムによれば、ユニットの大型化及び複雑化を低減しつつ、内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態に応じて、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを、それぞれ独立に切り替えることができる。加えて、第5システムによれば、冷媒温度が所定の上限温度以上であり且つ熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差が所定の上限温度差以上であると判定される場合等において熱回収器への排気の供給流路及び熱電発電装置への排気の供給流路の両方を閉じても、内燃機関から排出される排気の排出経路をバイパス流路によって確保することができる。 As described above, according to the fifth system, the heat exchange by the heat recovery unit and the thermoelectric conversion by the thermoelectric power generator are performed according to the states of the internal combustion engine and the exhaust heat recovery unit while reducing the size and complexity of the unit. The execution and non-execution of can be switched independently. In addition, according to the fifth system, in the case where it is determined that the refrigerant temperature is equal to or higher than the predetermined upper limit temperature and the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric power generator is equal to or higher than the predetermined upper limit temperature difference, Even if both the exhaust supply passage to the collector and the exhaust supply passage to the thermoelectric generator are closed, the exhaust passage of the exhaust exhausted from the internal combustion engine can be secured by the bypass passage.
第6システムは、その時々の内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態を所定の検出手段によって検出し、その結果に応じて、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを、制御装置によって自動的に、それぞれ独立に切り替えることができるように構成される。更に、第6システムは、熱回収器への排気の供給流路及び熱電発電装置への排気の供給流路の両方を閉じる場合には、制御装置によって自動的に、内燃機関から排出される排気の排出経路をバイパス流路によって確保するように構成される。 The sixth system detects the states of the internal combustion engine and the exhaust heat recovery unit at each time by a predetermined detection means, and according to the result, the heat exchange by the heat recovery device and the thermoelectric conversion by the thermoelectric power generator are performed or not performed. And are automatically switched by the control device independently of each other. Further, when the sixth system closes both the exhaust flow passage to the heat recovery device and the exhaust flow passage to the thermoelectric generator, the sixth system automatically exhausts the exhaust gas from the internal combustion engine. Is configured to be secured by the bypass flow path.
具体的には、第6システムは、温度検出手段と、電力検出手段と、を更に備える点を除き、上述した第5システムと同様の構成を有する排気熱回収システムである。温度検出手段は、内燃機関から流出する冷却媒体の温度である冷媒温度を検出するように構成されている。電力検出手段は、熱電発電装置によって発電される電力である発電電力を検出するように構成されている。このような温度検出手段及び電力検出手段の構成については、上述した第3システムに関する説明において既に述べたので、ここでの説明は割愛する。 Specifically, the sixth system is an exhaust heat recovery system having the same configuration as the above-described fifth system, except that the sixth system further includes a temperature detection unit and a power detection unit. The temperature detecting means is configured to detect the refrigerant temperature, which is the temperature of the cooling medium flowing out from the internal combustion engine. The electric power detection means is configured to detect generated electric power that is electric power generated by the thermoelectric generator. The configurations of the temperature detecting means and the electric power detecting means have been already described in the above description of the third system, and therefore the description thereof will be omitted.
更に、第6システムにおいて、制御装置は、以下に列挙する(5)乃至(9)に示す制御を実行するように構成されている。 Further, in the sixth system, the control device is configured to execute the controls shown in (5) to (9) listed below.
(5)冷媒温度が所定の下限温度未満であると判定される場合は、切り替え機構を制御して熱回収器への排気の供給流路を開く。ここで言う「所定の下限温度」については、第4システムに関する説明において既に述べたので、ここでの説明は割愛する。上述したように、冷媒温度が下限温度に到達していない(即ち、冷媒温度が下限温度未満である)場合、熱回収器による熱交換(熱回収)を実施して冷媒温度を高めることが望ましい。そこで、制御装置は、切り替え機構を制御して熱回収器への排気の供給流路を開き、熱回収器による熱交換を実施する。 (5) When it is determined that the refrigerant temperature is lower than the predetermined lower limit temperature, the switching mechanism is controlled to open the exhaust flow passage to the heat recovery device. The “predetermined lower limit temperature” mentioned here has already been described in the description of the fourth system, and therefore the description thereof will be omitted. As described above, when the refrigerant temperature does not reach the lower limit temperature (that is, the refrigerant temperature is lower than the lower limit temperature), it is desirable to increase the refrigerant temperature by performing heat exchange (heat recovery) by the heat recovery device. . Therefore, the control device controls the switching mechanism to open the exhaust gas supply path to the heat recovery device, and performs heat exchange by the heat recovery device.
(6)冷媒温度が所定の上限温度以上であると判定される場合は切り替え機構を制御して熱回収器への排気の供給流路を閉じる。ここで言う「所定の上限温度」についても、第4システムに関する説明において既に述べたので、ここでの説明は割愛する。冷媒温度が上限温度に到達している(即ち、冷媒温度が上限温度以上である)場合、熱回収器による熱交換(熱回収)を停止して冷媒温度の更なる上昇を低減することが望ましい。そこで、制御装置は、切り替え機構を制御して熱回収器への排気の供給流路を閉じる。 (6) When it is determined that the refrigerant temperature is equal to or higher than the predetermined upper limit temperature, the switching mechanism is controlled to close the exhaust supply flow path to the heat recovery device. The “predetermined upper limit temperature” mentioned here has already been described in the description of the fourth system, and thus the description thereof will be omitted. When the refrigerant temperature reaches the upper limit temperature (that is, the refrigerant temperature is equal to or higher than the upper limit temperature), it is desirable to stop the heat exchange (heat recovery) by the heat recovery device to reduce a further increase in the refrigerant temperature. . Therefore, the control device controls the switching mechanism to close the exhaust flow path to the heat recovery device.
(7)冷媒温度及び発電電力に基づき、熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差が所定の上限温度差未満であると判定される場合は、切り替え機構を制御して熱電発電装置への排気の供給流路を開く。上記「熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差」及び「所定の上限温度差」については、第4システムに関する説明において既に述べたので、ここでの説明は割愛する。上記温度差が上限温度差に到達していない(即ち、上記温度差が所定の上限温度差未満である)場合、熱電発電装置による熱電変換を実施しても上述したような熱電変換素子の破損が発生する可能性は低い。従って、この場合、省エネルギーの観点からは、熱電発電装置による熱電変換を実施することが望ましい。そこで、制御装置は、切り替え機構を制御して熱電発電装置への排気の供給流路を開き、熱電発電装置による熱電変換を実施する。 (7) When it is determined that the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric power generator is less than the predetermined upper limit temperature difference based on the refrigerant temperature and the generated electric power, the switching mechanism is controlled to transfer to the thermoelectric power generator. Open the exhaust flow path. The "temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric power generator" and the "predetermined upper limit temperature difference" have already been described in the description of the fourth system, and therefore the description thereof is omitted here. When the temperature difference does not reach the upper limit temperature difference (that is, the temperature difference is less than a predetermined upper limit temperature difference), even if thermoelectric conversion is performed by the thermoelectric generator, the thermoelectric conversion element is damaged as described above. Is unlikely to occur. Therefore, in this case, from the viewpoint of energy saving, it is desirable to carry out thermoelectric conversion by the thermoelectric generator. Therefore, the control device controls the switching mechanism to open the exhaust gas supply path to the thermoelectric power generation device, and performs thermoelectric conversion by the thermoelectric power generation device.
(8)上記温度差が上記上限温度差以上であると判定される場合は前記切り替え機構を制御して前記熱電発電装置への前記排気の供給流路を閉じる。上記温度差が上記上限温度差に到達している(即ち、上記温度差が上限温度差以上である)場合、熱電発電装置への排気の供給を実施又は継続すると、上述したような熱電変換素子の破損が発生する可能性が高い。従って、この場合、熱電発電装置への排気の供給を停止して上記温度差の更なる増大を低減することが望ましい。そこで、制御装置は、切り替え機構を制御して熱電発電装置への排気の供給流路を閉じる。 (8) When it is determined that the temperature difference is equal to or more than the upper limit temperature difference, the switching mechanism is controlled to close the exhaust supply flow path to the thermoelectric generator. When the temperature difference reaches the upper limit temperature difference (that is, the temperature difference is equal to or more than the upper limit temperature difference), when the exhaust gas is supplied to the thermoelectric power generator or continued, the thermoelectric conversion element as described above is provided. There is a high possibility that damage will occur. Therefore, in this case, it is desirable to stop the supply of the exhaust gas to the thermoelectric generator to reduce the further increase in the temperature difference. Therefore, the control device controls the switching mechanism to close the exhaust supply flow path to the thermoelectric generator.
(9)熱回収器への排気の供給流路及び熱電発電装置への排気の供給流路の両方を同時に閉じる場合は、切り替え機構を制御してバイパス流路への排気の供給流路を開く。当然のことながら、内燃機関から排出される排気の全ての排出流路が遮断されてしまうと当該内燃機関の運転を継続することはできない。そこで、制御装置は、上記(5)乃至(8)に列挙した制御の結果として熱回収器への排気の供給流路及び熱電発電装置への排気の供給流路の両方を同時に閉じることとなる場合、バイパス流路への排気の供給流路を開く。当然のことながら、このときバイパス流路への排気の供給流路が既に開いている場合は、制御装置によってバイパス流路への排気の供給流路を改めて開く必要は無い。 (9) When simultaneously closing both the exhaust gas supply passage to the heat recovery device and the exhaust gas supply passage to the thermoelectric generator, the switching mechanism is controlled to open the exhaust gas supply passage to the bypass passage. . As a matter of course, if all the exhaust flow paths of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine are cut off, the operation of the internal combustion engine cannot be continued. Therefore, the control device simultaneously closes both the exhaust gas supply passage to the heat recovery device and the exhaust gas supply passage to the thermoelectric generator as a result of the controls listed in (5) to (8) above. In this case, the exhaust gas supply channel to the bypass channel is opened. Needless to say, at this time, if the exhaust gas supply passage to the bypass passage has already been opened, it is not necessary to open the exhaust gas supply passage to the bypass passage again by the control device.
上記(9)に示した制御により、上記(5)乃至(8)に列挙した制御の結果として熱回収器への排気の供給流路及び熱電発電装置への排気の供給流路の両方を同時に閉じることとなる場合においても、内燃機関から排出される排気の排出経路をバイパス流路によって確保することができる。 By the control shown in the above (9), as a result of the controls listed in the above (5) to (8), both the exhaust supply flow path to the heat recovery device and the exhaust supply flow path to the thermoelectric generator are simultaneously formed. Even when it is closed, the exhaust passage of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine can be secured by the bypass passage.
以上のように、第6システムによれば、その時々の内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態を所定の検出手段によって検出し、その結果に応じて、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを、制御装置によって自動的に、それぞれ独立に切り替えることができる。 As described above, according to the sixth system, the states of the internal combustion engine and the exhaust heat recovery unit at each time are detected by the predetermined detection means, and according to the result, the heat exchange by the heat recovery device and the thermoelectric generator are performed. Whether the thermoelectric conversion is performed or not can be automatically and independently switched by the control device.
上記に加えて、第6システムによれば、冷媒温度が所定の上限温度以上であり且つ熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差が所定の上限温度差以上であると判定される場合等において熱回収器への排気の供給流路及び熱電発電装置への排気の供給流路の両方を閉じても、制御装置によって自動的に、内燃機関から排出される排気の排出経路をバイパス流路によって確保することができる。 In addition to the above, according to the sixth system, when it is determined that the refrigerant temperature is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature and the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric generator is equal to or higher than the predetermined upper limit temperature difference, etc. Even if both the exhaust flow path to the heat recovery device and the exhaust flow path to the thermoelectric generator are closed in the above, the control device automatically bypasses the exhaust path of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. Can be secured by.
ここで、図面を参照しながら第6システムの構成について説明する。図9は第6システムの構成の1つの具体例を示す模式的な断面図である。図9に示す第6システム601は、以下の(A)乃至(C)に列挙する点を除き、図7を参照しながら上述した第5システム501と同様の構成を有する。
Here, the configuration of the sixth system will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing one specific example of the configuration of the sixth system. The
(A)温度検出手段51及び電力検出手段52を更に備える。上述した第5システム501に関する説明において既に述べたように、温度検出手段51は、図示しない内燃機関から流出する冷却媒体の温度である冷媒温度を検出するように構成されている。また、電力検出手段52は、熱電発電装置10によって発電される電力である発電電力を検出するように構成されている。
(A) A
(B)温度検出手段51及び電力検出手段52による検出結果に応じて熱電発電装置10による熱電変換及び熱回収器20による熱交換の実施と非実施とを自動的且つ独立に切り替えるように制御装置50が構成されている。具体的には、制御装置50は、上述した(5)乃至(8)に列挙する制御を実行する。
(B) A control device for automatically and independently switching between execution and non-execution of thermoelectric conversion by the
(C)熱電発電装置10への排気の供給流路及び熱回収器20への排気の供給流路の両方を閉じる場合にはバイパス流路60への排気の供給流路を自動的に開くように制御装置50が構成されている。具体的には、制御装置50は、上述した(9)に示す制御を実行する。
(C) When closing both the exhaust gas supply passage to the
次に、図10は第6システムの構成のもう1つの具体例を示す模式的な断面図である。図10に示す第6システム602は、第1ユニット101に代えて第1ユニット102を備える点を除き、図9を参照しながら上述した第6システム601と同様の構成を有する。従って、第6システム602の詳細についての説明は割愛する。
Next, FIG. 10 is a schematic sectional view showing another specific example of the configuration of the sixth system. The
尚、上述した図9及び図10に示した構成はあくまでも第6システムの構成の模式的な例示に過ぎず、各構成要素の配置、排気及び冷却媒体の流れる方向、並びに制御装置によって実行される制御の具体的内容等、第6システムの構成及び動作の詳細については、上述した構成要件を満たす限り、これらの例示に限定されない。 Note that the above-described configurations shown in FIGS. 9 and 10 are merely schematic examples of the configuration of the sixth system, and are executed by the arrangement of each component, the exhaust gas and cooling medium flowing directions, and the control device. Details of the configuration and operation of the sixth system, such as specific control contents, are not limited to these examples as long as the above-described configuration requirements are satisfied.
以上、本発明の種々の実施形態に係る排気熱回収ユニット及び排気熱回収システムについて説明してきたが、本発明の代表的な実施例に係る排気熱回収ユニットにつき、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。 Although the exhaust heat recovery unit and the exhaust heat recovery system according to various embodiments of the present invention have been described above, the exhaust heat recovery unit according to the representative embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The details will be described.
〔構成〕
図11は、本発明の実施例1に係る排気熱回収ユニット(以降、「第1実施例ユニット101e」と称される)の使用時の姿勢(例えば、車両搭載時の姿勢等)における当該ユニットの上面図(平面図)である。第1実施例ユニット101eは、上述した第1ユニット101及び/又は102に対応する排気熱回収ユニットである。
〔Constitution〕
FIG. 11 shows an exhaust heat recovery unit according to the first embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as a “
第1実施例ユニット101eを構成する熱電発電装置10及び熱回収20器並びに冷却媒体の流路である冷媒流路31はハウジング30内に収納されている。図11において、排気は、第1実施例ユニット101eの紙面に向かって左側から導入され、右側へと排出される(白抜きの矢印を参照)。冷却媒体は、第1実施例ユニット101eの紙面に向かって右下側に設けられた冷媒流路の導入部31aからハウジング30内に導入され、左上側に設けられた冷媒流路の導出部31bを介してハウジング30内から上側へと排出される(斜線が施された矢印を参照)。
The
図12は、第1実施例ユニット101eを排気の流れの上流側から見たときの正面図である。冷却媒体は、ハウジング30の紙面に向かって右下側に設けられた冷媒流路の導入部31aからハウジング30内に導入され、左上側に設けられた冷媒流路の導出部31bを介してハウジング30内から上側へと排出される(斜線が施された矢印を参照)。排気は、排気流路11により熱電発電装置10の高熱源側へと導入され、及び/又は、排気流路21により熱回収器20の高熱源側へと導入される。図12に示した例においては、排気からの受熱効率を高めることを目的として、排気流路11及び21の内部に波板状のフィン11f及び21fがそれぞれ形成されている。
FIG. 12 is a front view of the
図13は、第1実施例ユニット101eを排気の流れに対して右側から(即ち、図11に示す矢印Aの方向から)見たときの側面図である。但し、図13においては、第1実施例ユニット101eのハウジング30が図1に示した線A−Aを含む平面によって切り取られた状態を示している。
FIG. 13 is a side view of the
図13に示されるように、紙面に向かって下側に熱電発電装置10が、紙面に向かって上側に熱回収器20が、それぞれ配置され、それらが共通のハウジング30内に収納されている。図13に示した熱電発電装置10は3つのケース13によって構成されており、各々のケース13の内部には排気流路11及び熱電変換素子12(図示せず)が収納されている。即ち、熱電発電装置10は3系統の熱電発電部を備えている。熱回収器20は2つのケース23によって構成されており、各々のケース23の内部には排気流路21が収納されている。即ち、熱回収器20は2系統の熱回収部を備えている。尚、ケース23と排気流路21とは必ずしも別個の部材である必要は無く、排気流路21がケース23を兼ねていてもよい。即ち、排気流路21及びケース23が一体的に形成されていてもよい。
As shown in FIG. 13, the
図14は、図11に示した線A−Aを含む平面による第1実施例ユニット101eの断面図である。(a)に示すように、第1実施例ユニット101eは、3系統の熱電発電部10pを備える熱電発電装置10と、2系統の熱回収部20pを備える熱回収器20と、によって構成されている。また、(b)に示すように、個々の熱電発電部10pは、ケース13の内部に収納された排気流路11及び熱電変換素子12を備える。更に、(c)に示すように、個々の熱回収部20pは、ケース23の内部に収納された排気流路21を備える。
FIG. 14 is a sectional view of the
ケース13及びケース23の表面には、外側に突出するディンプル13d及び23dがエンボス加工によってそれぞれ形成されている。第1実施例ユニット101eは、3系統の熱電発電部10p及び2系統の熱回収部20pが積層されることによって構成されている。この状態において、上記ディンプル同士が当接して隣接するケースの間に空隙を形成する。第1実施例ユニット101eにおいては、当該間隙によって冷媒流路31を構成している。また、このようにして構成される冷媒流路31はハウジング30内において連通している。
尚、隣接するケースの間に空隙を形成するための方策は上記に限定されず、例えば、別個の部材をケースの表面に取り付けることによりディンプルを形成してもよく、或いは、隣接するケースの間にスペーサを介在させてもよい。 The measures for forming the gap between the adjacent cases are not limited to the above, and for example, the dimples may be formed by attaching a separate member to the surface of the case, or between the adjacent cases. You may interpose a spacer in.
〔効果〕
第1実施例ユニット101eによれば、上記構成により高熱源である排気流路11と低熱源である冷媒流路31との間に熱電変換素子12を介在させて熱電発電装置10を集成することにより、効率の良い熱電発電を実現することができる。一方、熱回収器20においては、排気流路21と冷媒流路31とが交互に隣接して形成されるので、排気と冷却媒体との間での熱交換効率を高め、効率の良い熱回収を実現することができる。
〔effect〕
According to the
更に、熱電発電装置10と熱回収器20とを並列に配置しているので、ユニットの大型化及び複雑化を低減することができると共に、排気流路の全長を短くすることができるので排気の圧力損失を低減することができる。また、上述したような切り替え機構を第1実施例ユニット101eの上流側に設けることにより、熱回収器による熱交換(暖機)及び熱電発電装置による熱電変換(発電)の実施と非実施とをそれぞれ独立に切り替えることができる。
Further, since the
加えて、第1実施例ユニット101eにおいては、使用時の姿勢にあるハウジング30内において、冷却媒体が鉛直方向における下側からハウジング30内に導入され、鉛直方向における上側から導出されるように、冷媒流路31が構成されている。一方、ハウジング30内において、熱電発電装置10は鉛直方向における下側に、熱回収器20は鉛直方向における上側に配置されている。これにより、冷却媒体が熱回収器20よりも先に熱電発電装置10に到達するので、熱電発電装置10による発電効率を高めることができる。その後、ある程度加熱された冷却媒体が熱回収器20に到達することとなるが、熱回収器20における排気と冷却媒体との温度差は依然として大きいので、熱回収器20において十分に高い熱回収効率を達成することができる。
In addition, in the
次に、本発明のもう1つの代表的な実施例に係る排気熱回収システムにつき、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。 Next, an exhaust heat recovery system according to another exemplary embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
〔構成〕
図15は、本発明の実施例2に係る排気熱回収システム(以降、「第2実施例システム301e」と称される)の使用時の姿勢(例えば、車両搭載時の姿勢等)における当該システムの断面図である。第2実施例システム301eは、上述した第3システム301及び/又は302に対応する排気熱回収システムである。
〔Constitution〕
FIG. 15 is a diagram showing an exhaust heat recovery system according to a second embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as a “
第2実施例システム301eは、上述した第1実施例ユニット101eと、切り替え機構40と、制御装置50と、を備える排気熱回収システムである。第2実施例システム301eにおける切り替え機構40は、前述した第3システム302と同様に、熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路の熱電発電装置10及び熱回収器20への分岐部において所定の軸の周りに回転可能に配設された仕切板状の弁体42を備える。前述したように、制御装置(ECU)50によりアクチュエータとしての電動機(図示せず)を制御して弁体42を回転させることにより、熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えることができる。
The
例えば内燃機関の冷間始動時等において冷媒温度が所定の下限温度未満であり当該内燃機関の暖機が必要であると判断される場合は、図15に示すように熱電発電装置10への排気の供給流路を閉じるように弁体42を回転させる。これにより、熱回収器20のみに排気を供給して、排気から冷却媒体への熱の移動(受熱)を優先的に実施することができる。
For example, when it is determined that the temperature of the refrigerant is lower than a predetermined lower limit temperature during warm start of the internal combustion engine or the like, and it is necessary to warm up the internal combustion engine, exhaust to the
また、熱電発電装置10による熱電変換と熱回収器20による熱交換とを並行して実施する場合は、図16に示すように熱電発電装置10及び熱回収器20の両方への排気の供給流路を開くように弁体42を回転させる。これにより、熱電発電装置10及び熱回収器20の両方へ排気を供給して、熱電発電装置10による熱電変換と熱回収器20による熱交換とを並行して実施することができる。
Further, when the thermoelectric conversion by the
更に、例えば内燃機関が十分に暖機されており冷媒温度が所定の下限温度以上であり熱電発電装置10による熱電変換を重点的に実施したい場合及び冷媒温度が所定の上限温度以上であり冷媒温度の更なる上昇を回避したい場合等においては、図17に示すように熱回収器20への排気の供給流路を閉じるように弁体42を回転させる。これにより、熱電発電装置10のみに排気を供給して、熱電発電装置10による熱電変換(発電)を優先的に実施することができる。
Further, for example, when the internal combustion engine is sufficiently warmed up and the refrigerant temperature is equal to or higher than a predetermined lower limit temperature and the thermoelectric conversion by the
〔効果〕
以上のように、第2実施例システム301eによれば、ユニットの大型化及び複雑化を低減しつつ、内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態に応じて、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを、それぞれ独立に切り替えることができる。尚、前述した第4システムのように予め定められた条件に従って制御装置50により、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを自動的に切り替えるようにしてもよい。
〔effect〕
As described above, according to the
〔実施例2の変形例〕
上記第2実施例システム301eは、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを、それぞれ独立に切り替え可能に構成した。しかしながら、熱電発電装置による熱電変換は常に実施し、熱回収器による熱交換の実施と非実施のみを切り替え可能に構成することもできる。そこで、このような本発明の実施例2の変形例に係る排気熱回収システム(以降、「第2実施例システム302e」と称される)につき、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
[Modification of Embodiment 2]
The
〔構成〕
図18は、第2実施例システム302eの使用時の姿勢における断面図である。図18に示すように、第2実施例システム302eは、弁体42によって熱電発電装置10への排気の供給流路を閉じることができないように切り替え機構40が構成されている点を除き、上述した第2実施例システム301eと同様の構成を有する。
〔Constitution〕
FIG. 18 is a cross-sectional view of the system of the
例えば内燃機関の冷間始動時等において冷媒温度が所定の下限温度未満であり当該内燃機関の暖機が必要であると判断される場合は、図18に示すように切り替え機構40によって熱回収器20への排気の供給流路を開いて、熱電発電装置10による熱電変換と熱回収器20による熱交換とを並行して実施することができる。
For example, when the internal combustion engine is cold-started or the like, and the refrigerant temperature is below the predetermined lower limit temperature, and it is determined that the internal combustion engine needs to be warmed up, the
一方、例えば内燃機関が十分に暖機されており冷媒温度が所定の下限温度以上であり熱電発電装置10による熱電変換を重点的に実施したい場合及び冷媒温度が所定の上限温度以上であり冷媒温度の更なる上昇を回避したい場合等においては、図19に示すように、熱回収器20への排気の供給流路を閉じて、熱電発電装置10による熱電変換のみを優先的に実施することができる。
On the other hand, for example, when the internal combustion engine is sufficiently warmed up and the refrigerant temperature is equal to or higher than a predetermined lower limit temperature and the thermoelectric conversion by the
〔効果〕
以上のように、第2実施例システム302eによっても、ユニットの大型化及び複雑化を低減しつつ、内燃機関及び排気熱回収ユニットの状態に応じて、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを、それぞれ独立に切り替えることができる。尚、この場合も、前述した第4システムのように予め定められた条件に従って制御装置50により、熱回収器による熱交換及び熱電発電装置による熱電変換の実施と非実施とを自動的に切り替えるようにしてもよい。
〔effect〕
As described above, according to the
次に、本発明の更にもう1つの代表的な実施例に係る排気熱回収システムにつき、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。 Next, an exhaust heat recovery system according to still another exemplary embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
〔構成〕
図20は、本発明の実施例3に係る排気熱回収システム(以降、「第3実施例システム501e」と称される)の使用時の姿勢(例えば、車両搭載時の姿勢等)における当該システムの断面図である。第3実施例システム501eは、上述した第5システム501及び/又は502に対応する排気熱回収システムである。
〔Constitution〕
FIG. 20 shows an exhaust heat recovery system according to the third embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as a “
第3実施例システム501eは、上述した第1実施例ユニット101eと、切り替え機構40と、制御装置50と、第1実施例ユニット101eを経由しない排気の流路であるバイパス流路60と、を備える排気熱回収システムである。
The
図20に示すように、切り替え機構40を構成する弁体42は、熱電発電装置10、熱回収器20及びバイパス流路60への排気の供給流路の開閉を必要に応じて切り替えるように設計された形状を有する。尚、弁体42の具体的な形状は、熱電発電装置10、熱回収器20及びバイパス流路60への排気の供給流路の形状並びに実現しようとする熱電発電装置10、熱回収器20及びバイパス流路60への排気の供給流路の開閉パターンに応じて適宜設計される。
As shown in FIG. 20, the
図20に示すようにバイパス流路60への排気の供給流路を閉じるように弁体42を回転させることにより、熱電発電装置10及び熱回収器20の両方に排気を供給して、熱電発電装置10による熱電変換と熱回収器20による熱交換とを並行して実施することができる。
As shown in FIG. 20, by rotating the
また、図21に示すように熱回収器20及びバイパス流路60への排気の供給流路を閉じるように弁体42を回転させることにより、熱電発電装置10のみに排気を供給して、熱電発電装置10による熱電変換のみを実施することができる。
Further, as shown in FIG. 21, by rotating the
更に、図22に示すように熱回収器20への排気の供給流路のみを閉じるように弁体42を回転させることにより、熱電発電装置10及びバイパス流路60に排気を供給して、熱電発電装置10による熱電変換を実施しつつ、排気の一部については第1実施例ユニット101eを経由すること無くバイパス流路60を介して排出することができる。
Further, as shown in FIG. 22, by rotating the
加えて、熱電発電装置10による熱電変換及び熱回収器20による熱交換の何れも実施する必要が無い場合は、図23に示すように熱電発電装置10及び熱回収器20への排気の供給流路を両方とも閉じるように弁体42を回転させることにより、バイパス流路60のみに排気を供給して、第1実施例ユニット101eを経由すること無くバイパス流路60のみを介して全ての排気を排出することができる。
In addition, when neither thermoelectric conversion by the thermoelectric
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。 Although some embodiments and modifications having specific configurations have been described with reference to the accompanying drawings for the purpose of describing the present invention, the scope of the present invention is not limited to these exemplary embodiments. It should be understood that the present invention should not be construed as being limited to the embodiments and the modified examples, and appropriate modifications can be made within the scope of the matters described in the claims and the specification.
10…熱電発電装置、10p…熱電発電部、11…排気流路、11f…フィン、12…熱電変換素子、13…(熱電発電部の)ケース、20…熱回収器、20p…熱回収部、21…排気流路、21f…フィン、23…(熱回収部の)ケース、30…ハウジング、31…冷媒流路、31a…冷媒流路の導入部、31b…冷媒流路の導出部、40…切り替え機構、41…ロータ、42…弁体、50…制御装置、51…温度検出手段、52…電力検出手段、60…バイパス流路、101及び102…排気熱回収ユニット、301、302、401、402、501、502、601及び602…排気熱回収システム。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記排気熱回収ユニットを構成する前記熱電発電装置及び前記熱回収器への前記排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えるように構成された機構である切り替え機構と、
前記切り替え機構を制御して前記熱電発電装置及び前記熱回収器への前記排気の供給を切り替えるように構成された制御装置と、
を備える排気熱回収システムであって、
前記内燃機関から流出する冷却媒体の温度である冷媒温度を検出するように構成された温度検出手段と、
前記熱電発電装置によって発電される電力である発電電力を検出するように構成された電力検出手段と、
を更に備え、
前記排気熱回収ユニットにおいて、
前記熱電発電装置及び前記熱回収器は共通のハウジング内に収納されており、
前記排気の流れに対して前記熱電発電装置と前記熱回収器とが並列に配置されており、
前記ハウジング内における前記冷却媒体の流路である冷媒流路は、前記冷却媒体が前記熱電発電装置に到達した後に前記熱回収器に到達するように構成されており、
前記制御装置は、
前記冷媒温度が所定の下限温度未満であると判定される場合は前記切り替え機構を制御して前記熱回収器への前記排気の供給流路を開き、前記冷媒温度が所定の上限温度以上であると判定される場合は前記切り替え機構を制御して前記熱回収器への前記排気の供給流路を閉じ且つ前記熱電発電装置への前記排気の供給流路を開き、
前記冷媒温度及び前記発電電力に基づき、前記熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差が所定の上限温度差未満であると判定される場合は前記切り替え機構を制御して前記熱電発電装置への前記排気の供給流路を開き、前記温度差が前記上限温度差以上であると判定される場合は前記切り替え機構を制御して前記熱電発電装置への前記排気の供給流路を閉じ且つ前記熱回収器への前記排気の供給流路を開く、
ように構成されている、
排気熱回収システム。 Exhaust heat provided with a thermoelectric generator that generates electricity by a temperature difference between the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and the cooling medium flowing into the internal combustion engine, and a heat recovery device that gives the heat recovered from the exhaust gas to the cooling medium. A collection unit ,
A switching mechanism that is a mechanism configured to switch the opening and closing of the exhaust flow path to the thermoelectric generator and the heat recovery unit that configure the exhaust heat recovery unit independently of each other,
A control device configured to control the switching mechanism to switch the supply of the exhaust gas to the thermoelectric generator and the heat recovery device,
An exhaust heat recovery system comprising:
A temperature detecting unit configured to detect a refrigerant temperature which is a temperature of a cooling medium flowing out from the internal combustion engine,
A power detection unit configured to detect generated power that is power generated by the thermoelectric power generator,
Further equipped with,
In the exhaust heat recovery unit ,
The thermoelectric generator and the heat recovery unit are housed in a common housing,
The thermoelectric generator and the heat recovery device are arranged in parallel with respect to the flow of the exhaust gas,
A coolant flow path, which is a flow path of the cooling medium in the housing, is configured to reach the heat recovery device after the cooling medium reaches the thermoelectric generator,
The control device is
When it is determined that the refrigerant temperature is lower than a predetermined lower limit temperature, the switching mechanism is controlled to open a supply passage of the exhaust gas to the heat recovery device, and the refrigerant temperature is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature. When it is determined that the switching mechanism is controlled to close the exhaust supply passage to the heat recovery device and open the exhaust supply passage to the thermoelectric generator,
Based on the refrigerant temperature and the generated electric power, when it is determined that the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric power generator is less than a predetermined upper limit temperature difference, the switching mechanism is controlled to the thermoelectric power generator. Of the exhaust gas supply passage, the temperature difference is determined to be equal to or more than the upper limit temperature difference, the switching mechanism is controlled to close the exhaust gas supply passage to the thermoelectric generator and Open the supply channel of the exhaust to the heat recovery device,
Is configured as
Exhaust heat recovery system .
前記排気熱回収ユニットを構成する前記熱電発電装置及び前記熱回収器への前記排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えるように構成された機構である切り替え機構と、 A switching mechanism that is a mechanism configured to switch the opening and closing of the exhaust flow path to the thermoelectric generator and the heat recovery unit that configure the exhaust heat recovery unit independently of each other,
前記切り替え機構を制御して前記熱電発電装置及び前記熱回収器への前記排気の供給を切り替えるように構成された制御装置と、 A control device configured to control the switching mechanism to switch the supply of the exhaust gas to the thermoelectric generator and the heat recovery device,
を備える排気熱回収システムであって、An exhaust heat recovery system comprising:
前記排気熱回収ユニットを経由しない排気の流路であるバイパス流路と、 A bypass flow passage that is a flow passage for exhaust gas that does not pass through the exhaust heat recovery unit;
前記内燃機関から流出する冷却媒体の温度である冷媒温度を検出するように構成された温度検出手段と、 A temperature detecting unit configured to detect a refrigerant temperature which is a temperature of a cooling medium flowing out from the internal combustion engine,
前記熱電発電装置によって発電される電力である発電電力を検出するように構成された電力検出手段と、 A power detection unit configured to detect generated power that is power generated by the thermoelectric power generator,
を更に備え、Further equipped with,
前記排気熱回収ユニットを構成する前記熱電発電装置及び前記熱回収器並びに前記バイパス流路への前記排気の供給流路の開閉を互いに独立に切り替えるように、前記切り替え機構が構成されており、 The switching mechanism is configured to independently switch between opening and closing of the thermoelectric generator and the heat recovery unit that configure the exhaust heat recovery unit and the exhaust supply flow path to the bypass flow path,
前記切り替え機構を制御して前記熱電発電装置、前記熱回収器及び前記バイパス流路への前記排気の供給を切り替えるように、前記制御装置が構成されており、 The control device is configured to control the switching mechanism to switch the supply of the exhaust gas to the thermoelectric generator, the heat recovery device, and the bypass flow path,
前記排気熱回収ユニットにおいて、 In the exhaust heat recovery unit,
前記熱電発電装置及び前記熱回収器は共通のハウジング内に収納されており、 The thermoelectric generator and the heat recovery unit are housed in a common housing,
前記排気の流れに対して前記熱電発電装置と前記熱回収器とが並列に配置されており、 The thermoelectric generator and the heat recovery device are arranged in parallel with respect to the flow of the exhaust gas,
前記ハウジング内における前記冷却媒体の流路である冷媒流路は、前記冷却媒体が前記熱電発電装置に到達した後に前記熱回収器に到達するように構成されており、 A coolant flow path, which is a flow path of the cooling medium in the housing, is configured to reach the heat recovery device after the cooling medium reaches the thermoelectric generator,
前記制御装置は、 The control device is
前記冷媒温度が所定の下限温度未満であると判定される場合は前記切り替え機構を制御して前記熱回収器への前記排気の供給流路を開き、前記冷媒温度が所定の上限温度以上であると判定される場合は前記切り替え機構を制御して前記熱回収器への前記排気の供給流路を閉じ、 When it is determined that the refrigerant temperature is lower than a predetermined lower limit temperature, the switching mechanism is controlled to open a supply passage of the exhaust gas to the heat recovery device, and the refrigerant temperature is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature. If it is determined that the switching mechanism is controlled to close the exhaust flow path to the heat recovery device,
前記冷媒温度及び前記発電電力に基づき、前記熱電発電装置における排気と冷却媒体との温度差が所定の上限温度差未満であると判定される場合は前記切り替え機構を制御して前記熱電発電装置への前記排気の供給流路を開き、前記温度差が前記上限温度差以上であると判定される場合は前記切り替え機構を制御して前記熱電発電装置への前記排気の供給流路を閉じ、 Based on the refrigerant temperature and the generated power, when it is determined that the temperature difference between the exhaust gas and the cooling medium in the thermoelectric power generator is less than a predetermined upper limit temperature difference, the switching mechanism is controlled to the thermoelectric power generator. Of the exhaust gas supply passage of the, the temperature difference is determined to be equal to or more than the upper limit temperature difference, the switching mechanism is controlled to close the exhaust gas supply passage to the thermoelectric generator,
前記熱回収器への前記排気の供給流路及び前記熱電発電装置への前記排気の供給流路の両方を同時に閉じる場合は、前記切り替え機構を制御して前記バイパス流路への前記排気の供給流路を開く、 When both the exhaust supply flow path to the heat recovery device and the exhaust supply flow path to the thermoelectric generator are simultaneously closed, the switching mechanism is controlled to supply the exhaust flow to the bypass flow path. Open the flow path,
ように構成されている、Is configured as
排気熱回収システム。Exhaust heat recovery system.
前記排気熱回収ユニットの使用時の姿勢にある前記ハウジング内において、
前記冷却媒体が鉛直方向における下側から前記ハウジング内に導入され、鉛直方向における上側から導出されるように、前記冷媒流路が構成されており、
前記熱電発電装置は鉛直方向における下側に、前記熱回収器は鉛直方向における上側に配置されている、
排気熱回収システム。 The exhaust heat recovery system according to claim 1 or 2 , wherein
In the housing in the posture when the exhaust heat recovery unit is in use,
The cooling medium is introduced into the housing from the lower side in the vertical direction, so as to be led out from the upper side in the vertical direction, the refrigerant flow path is configured,
The thermoelectric generator is on the lower side in the vertical direction, the heat recovery device is arranged on the upper side in the vertical direction,
Exhaust heat recovery system .
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