JP4803103B2

JP4803103B2 - Waste heat recovery device

Info

Publication number: JP4803103B2
Application number: JP2007120215A
Authority: JP
Inventors: 亮道川内; 日出夫小林; 克彦蟻沢; 敏久杉山; 賢一山田; 邦彦林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP2008274866A

Description

本発明は、エンジンにおける廃熱を蒸気を介して回収する廃熱回収装置に関する。 The present invention relates to a waste heat recovery apparatus that recovers waste heat in an engine via steam.

従来、内燃機関（エンジン）の駆動に伴って発生する廃熱を、ランキンサイクルを利用して回収する廃熱回収装置が知られている。このような廃熱回収装置には、例えば、エンジンの水冷冷却系統を密閉構造とし、エンジンを冷却する際に、エンジンと熱交換をして蒸発した冷媒、すなわち、エンジンにおける廃熱を吸収して蒸発した冷媒を、さらに、エンジンから排出される排気により過熱して高温化するものがある。このような廃熱回収手段は、高温化した気相冷媒により膨張機を駆動して、気相冷媒の持つエネルギーを電気エネルギー等に変換して、エンジンで発生する廃熱のエネルギーを回収することができる。こうしてエネルギーが回収された気相冷媒は、凝縮器において液化される。凝縮器で液化された冷媒は、エンジン内へ導入され、再度、廃熱を得て蒸発し、廃熱の回収に寄与することとなる。このような廃熱回収装置を改良したものが、例えば、特許文献１に開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a waste heat recovery device that recovers waste heat generated by driving an internal combustion engine (engine) using a Rankine cycle. In such a waste heat recovery device, for example, the water cooling cooling system of the engine has a sealed structure, and when the engine is cooled, the refrigerant that has evaporated by exchanging heat with the engine, that is, the waste heat in the engine is absorbed. Some of the evaporated refrigerant is further heated to a high temperature by exhaust exhausted from the engine. Such waste heat recovery means recovers the energy of waste heat generated in the engine by driving the expander with the gas phase refrigerant heated to convert the energy of the gas phase refrigerant into electric energy or the like. Can do. The gas-phase refrigerant whose energy has been recovered in this way is liquefied in the condenser. The refrigerant liquefied by the condenser is introduced into the engine, and again obtains waste heat and evaporates to contribute to the recovery of waste heat. For example, Patent Document 1 discloses an improved version of such a waste heat recovery apparatus.

特開２０００−３４５８３５号公報JP 2000-345835 A

このようにエンジンの駆動に伴って発生する廃熱を、ランキンサイクルを利用して回収する廃熱回収装置は、廃熱によって冷媒を蒸発させて、膨張機へ廃熱を輸送し、廃熱のエネルギーを回収することができる。しかしながら、運転状況によっては、エンジンで発生する廃熱の熱量が減少し、冷媒が蒸発するだけの熱量を得られず、冷媒の蒸発が停止してしまうことが考えられる。特に、冷媒が水などの比熱、潜熱の大きな冷媒である場合、エンジン内へ導入される液相の冷媒が低温であると、この冷媒の温度を上昇させるために廃熱を付与するので、冷媒温度及び壁温が低下し、冷媒の蒸発が一時的に停止してしまい、廃熱からエネルギーが安定して回収できなくなってしまう。また、このように、低温の冷媒が導入されることで、エンジン壁温が急激に変動することが考えられる。 In this way, the waste heat recovery device that recovers the waste heat generated by driving the engine using the Rankine cycle evaporates the refrigerant by the waste heat, transports the waste heat to the expander, Energy can be recovered. However, depending on the operating conditions, the amount of heat of waste heat generated in the engine may be reduced, the amount of heat sufficient for the refrigerant to evaporate cannot be obtained, and the evaporation of the refrigerant may stop. In particular, when the refrigerant is a refrigerant having a large specific heat and latent heat, such as water, if the liquid-phase refrigerant introduced into the engine has a low temperature, waste heat is added to increase the temperature of the refrigerant. The temperature and wall temperature are lowered, the evaporation of the refrigerant is temporarily stopped, and energy cannot be stably recovered from the waste heat. Moreover, it is conceivable that the engine wall temperature fluctuates abruptly by introducing a low-temperature refrigerant in this way.

そこで、本発明は、蒸発部における冷媒の蒸発を維持し、熱回収効率を向上させた廃熱回収装置を提供することを課題としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a waste heat recovery apparatus that maintains the evaporation of the refrigerant in the evaporation section and improves the heat recovery efficiency.

かかる課題を解決する本発明の廃熱回収装置は、エンジンの内部に形成され、前記エンジンの廃熱によって冷媒が蒸発する蒸発部と、当該蒸発部で蒸発させた冷媒を介して廃熱を回収する動力回収機と、前記蒸発部への導入前の冷媒に廃熱を付与する予熱器と、前記予熱器への導入前の冷媒の温度が、前記予熱器への導入前の排気ガスの温度よりも高温である場合、前記予熱器への廃熱の付与を停止する廃熱付与停止手段と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、蒸発部へ導入する冷媒は温度が上昇するため、蒸発部において蒸発しやすくなる。これにより、蒸発の一時的停止を減少し、蒸発部内での冷媒の蒸発を継続させることができる。このように冷媒の蒸発が継続されると、膨張機が安定して駆動され、エネルギーを効率よく回収することができる。また、蒸発部における冷却が継続されるので、蒸発部の温度の変動を抑制することができる。そして、予熱器に導入される冷媒の温度が予熱器に導入される排気ガスの温度よりも高いと、冷媒から排気ガスへ熱が移動してしまい、熱回収効率が低下してしまうが、これを抑制することができる。また、予熱器に導入される冷媒の温度が高いと、少量の熱の付与で冷媒が蒸発してしまうことがある。また、予熱器に導入される排気ガスの温度が高いと、冷媒に多くの熱量が付与されて、冷媒が蒸発してしまうことがある。このように、予熱器で冷媒が蒸発してしまうと、蒸発部での熱の蒸発が行われないため、蒸発部の冷却効果が減少する。本発明の廃熱回収装置は、エンジンの内部に形成され、エンジンの廃熱によって冷媒が蒸発する蒸発部と、当該蒸発部で蒸発させた冷媒を介して廃熱を回収する動力回収機と、前記蒸発部への導入前の冷媒に廃熱を付与する予熱器と、前記予熱器内の冷媒の蒸発を抑制する蒸発抑制手段と、を備えた構成とすることができる（請求項２）。このように構成することにより、予熱器内の排気ガスから冷媒への熱の付与を制限し、冷媒が予熱器内で蒸発してしまうことを抑制することができる。 The waste heat recovery apparatus of the present invention that solves such a problem recovers waste heat through an evaporation section that is formed inside the engine and in which the refrigerant is evaporated by the waste heat of the engine, and the refrigerant evaporated in the evaporation section. Power recovery machine, a preheater that imparts waste heat to the refrigerant before introduction into the evaporator, and a refrigerant temperature before introduction into the preheater is the temperature of the exhaust gas before introduction into the preheater And waste heat application stopping means for stopping the application of waste heat to the preheater when the temperature is higher than that of the preheater (claim 1). By setting it as such a structure, since the temperature of the refrigerant | coolant introduced into an evaporation part rises, it becomes easy to evaporate in an evaporation part. Thereby, the temporary stop of evaporation can be reduced and the evaporation of the refrigerant in the evaporation section can be continued. If the evaporation of the refrigerant is continued in this manner, the expander is driven stably and energy can be recovered efficiently. In addition, since the cooling in the evaporation unit is continued, fluctuations in the temperature of the evaporation unit can be suppressed. If the temperature of the refrigerant introduced into the preheater is higher than the temperature of the exhaust gas introduced into the preheater, heat is transferred from the refrigerant to the exhaust gas, and the heat recovery efficiency decreases. Can be suppressed. Moreover, if the temperature of the refrigerant introduced into the preheater is high, the refrigerant may evaporate due to the application of a small amount of heat. Moreover, when the temperature of the exhaust gas introduced into the preheater is high, a large amount of heat is imparted to the refrigerant, and the refrigerant may evaporate. As described above, when the refrigerant evaporates in the preheater, heat is not evaporated in the evaporating unit, and the cooling effect of the evaporating unit is reduced. The waste heat recovery apparatus of the present invention is formed inside the engine, an evaporation unit that evaporates the refrigerant by the waste heat of the engine, a power recovery machine that recovers the waste heat through the refrigerant evaporated in the evaporation unit, It can be set as the structure provided with the preheater which gives waste heat to the refrigerant | coolant before introduction to the said evaporation part, and the evaporation suppression means which suppresses evaporation of the refrigerant | coolant in the said preheater (Claim 2). By comprising in this way, provision of the heat | fever from the exhaust gas in a preheater to a refrigerant | coolant can be restrict | limited, and it can suppress that a refrigerant | coolant evaporates in a preheater.

このような廃熱回収装置は、ランキンサイクルを利用して廃熱を回収するので、蒸発部で蒸発した冷媒は、装置内の経路を循環する。このような廃熱回収装置において、前記予熱器は、前記蒸発部と当該蒸発部へ液状の冷媒を圧送するポンプとの間に配置された構成とすることができる（請求項３）。このような構成とすることにより、ポンプの圧送により圧力が上昇した液状の冷媒が、予熱器へ導入される。冷媒は、圧力が上昇すると蒸発する温度が上昇するため、冷媒を蒸発するのに必要な熱量が増加する。これは換言すると、圧力が上昇すると、圧力が上昇する前に比べ、液状の冷媒がより多くの熱量を蓄えることができるということである。このため、予熱器でより多くの熱量を冷媒へ付与することができる。 Since such a waste heat recovery apparatus recovers waste heat using a Rankine cycle, the refrigerant evaporated in the evaporation section circulates through a path in the apparatus. In such a waste heat recovery apparatus, the preheater may be arranged between the evaporation section and a pump that pumps a liquid refrigerant to the evaporation section (Claim 3). By adopting such a configuration, the liquid refrigerant whose pressure has been increased by pumping is introduced into the preheater. Since the temperature of the refrigerant evaporates as the pressure increases, the amount of heat necessary to evaporate the refrigerant increases. In other words, when the pressure rises, the liquid refrigerant can store more heat than before the pressure rises. For this reason, more heat can be imparted to the refrigerant by the preheater.

このような廃熱回収装置は、前記エンジンから排出される排気ガスの廃熱により冷媒を過熱する過熱器を備え、前記予熱器は、前記過熱器を通過した排気ガスの廃熱を冷媒に付与する構成とすることができる（請求項４）。このような構成としたことにより、過熱器で冷媒を過熱した後の排気ガスが有する熱を回収することができる。これにより、廃熱回収装置の熱回収効率を向上させることができる。 Such a waste heat recovery apparatus includes a superheater that superheats the refrigerant by waste heat of exhaust gas discharged from the engine, and the preheater imparts waste heat of the exhaust gas that has passed through the superheater to the refrigerant. (Claim 4). By setting it as such a structure, the heat | fever which the exhaust gas after heating a refrigerant | coolant with a superheater has can be collect | recovered. Thereby, the heat recovery efficiency of the waste heat recovery apparatus can be improved.

本発明の廃熱回収装置は、エンジンの廃熱によって冷媒を蒸発させる蒸発部と、この蒸発部で蒸発された冷媒を介して廃熱を回収する動力回収機と、蒸発部への導入前の冷媒に廃熱を付与する予熱器とを備えた構成とすることで、蒸発部での継続した蒸発を維持し、熱回収効率を向上させる。 The waste heat recovery apparatus of the present invention includes an evaporation unit that evaporates the refrigerant by the waste heat of the engine, a power recovery unit that recovers the waste heat via the refrigerant evaporated in the evaporation unit, and before the introduction to the evaporation unit. By having a configuration including a preheater that imparts waste heat to the refrigerant, continuous evaporation in the evaporation section is maintained, and heat recovery efficiency is improved.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の実施例１について図１を参照しつつ説明する。図１は本実施例の廃熱回収装置１の概略構成を示した説明図である。廃熱回収装置１は、エンジン本体２に組み込まれている。エンジン本体２内部には、本発明の蒸発部に相当するウォータジャケット３が形成されている。また、エンジン本体２には、エンジン本体２の燃焼によって発生する排気ガスを外部へ排出する排気管４が取り付けられている。排気管４は分岐点４ａで分岐しており、この分岐点４ａには排気ガスの流れを切り替える三方弁１５が配置されている。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a waste heat recovery apparatus 1 of the present embodiment. The waste heat recovery apparatus 1 is incorporated in the engine body 2. A water jacket 3 corresponding to the evaporation portion of the present invention is formed inside the engine body 2. In addition, an exhaust pipe 4 that exhausts exhaust gas generated by combustion of the engine body 2 to the outside is attached to the engine body 2. The exhaust pipe 4 is branched at a branch point 4a, and a three-way valve 15 for switching the flow of exhaust gas is disposed at the branch point 4a.

ウォータジャケット３内には、冷媒が封入されており、エンジンの廃熱によって冷媒が蒸発する。このように冷媒が蒸発する際に、冷媒はエンジン本体２から熱を持ち去り、エンジン本体２を冷却する。 A coolant is sealed in the water jacket 3, and the coolant evaporates due to waste heat of the engine. Thus, when the refrigerant evaporates, the refrigerant takes away heat from the engine body 2 and cools the engine body 2.

廃熱回収装置１は、冷媒の循環する冷媒経路５を備えている。冷媒経路５の一端はウォータジャケット３の流出端部３ａと接続されている。ウォータジャケット３内で蒸発した冷媒は、流出端部３ａから冷媒経路５へ流入する。一方、冷媒経路５の他端はウォータジャケット３の流入端部３ｂと接続されており、冷媒経路５を循環した冷媒が、流入端部３ｂからウォータジャケット３へ流入するように構成されている。すなわち、ウォータジャケット３と冷媒経路５によって、冷媒が循環するループ構造が形成されている。このようなループ構造を形成する冷媒経路５には、ウォータジャケット３の流出端部３ａに近い側から順に過熱器６、タービン７、凝縮器８、ポンプ９、予熱器１０が配置されている。 The waste heat recovery apparatus 1 includes a refrigerant path 5 through which refrigerant circulates. One end of the refrigerant path 5 is connected to the outflow end 3 a of the water jacket 3. The refrigerant evaporated in the water jacket 3 flows into the refrigerant path 5 from the outflow end 3a. On the other hand, the other end of the refrigerant path 5 is connected to the inflow end portion 3b of the water jacket 3 so that the refrigerant circulating in the refrigerant path 5 flows into the water jacket 3 from the inflow end portion 3b. That is, the water jacket 3 and the refrigerant path 5 form a loop structure in which the refrigerant circulates. In the refrigerant path 5 forming such a loop structure, a superheater 6, a turbine 7, a condenser 8, a pump 9, and a preheater 10 are arranged in this order from the side close to the outflow end portion 3a of the water jacket 3.

過熱器６は、導入する冷媒を過熱し、高温化するものである。過熱器６には、排気管４が接続されている。この排気管４は、分岐点４ａよりもエンジン本体２側で過熱器６に接続されている。過熱器６は、排気管４を通過する排気ガスから熱を回収し、冷媒経路５内を通じる蒸気へさらに熱を付与し、廃熱の回収効率を向上させる。 The superheater 6 superheats the refrigerant to be introduced and raises the temperature. An exhaust pipe 4 is connected to the superheater 6. The exhaust pipe 4 is connected to the superheater 6 on the engine body 2 side with respect to the branch point 4a. The superheater 6 recovers heat from the exhaust gas that passes through the exhaust pipe 4, further applies heat to the steam that passes through the refrigerant path 5, and improves the recovery efficiency of waste heat.

タービン７は、冷媒経路５を通じて流入する高温、高圧の蒸気によって駆動される。また、廃熱回収装置１には、発電機１１が配置されている。このタービン７と発電機１１とは本発明の動力回収機１７に相当する。タービン７と発電機１１とは、共通の駆動軸７ａを備えており、タービン７が駆動されると、駆動軸７ａを通じて、発電機１１へ動力が伝達される。発電機１１は、駆動軸７ａから伝達される動力を電気エネルギーに変換し、回収する。すなわち、動力回収機１７は、蒸発させた冷媒を介してエンジンで発生した廃熱を回収する。 The turbine 7 is driven by high-temperature, high-pressure steam flowing through the refrigerant path 5. In addition, a generator 11 is disposed in the waste heat recovery apparatus 1. The turbine 7 and the generator 11 correspond to the power recovery machine 17 of the present invention. The turbine 7 and the generator 11 have a common drive shaft 7a. When the turbine 7 is driven, power is transmitted to the generator 11 through the drive shaft 7a. The generator 11 converts the power transmitted from the drive shaft 7a into electric energy and recovers it. That is, the power recovery machine 17 recovers waste heat generated in the engine through the evaporated refrigerant.

凝縮器８は、タービン７を通過した気相の冷媒を凝縮し液相へ戻す。ポンプ９は、凝縮器８で液相となった冷媒をウォータジャケット３へ圧送する。 The condenser 8 condenses the gas-phase refrigerant that has passed through the turbine 7 and returns it to the liquid phase. The pump 9 pumps the refrigerant that has become a liquid phase in the condenser 8 to the water jacket 3.

予熱器１０は、ウォータジャケット３とポンプ９との間に配置されている。さらに、予熱器１０には、分岐した排気管４の一方が接続されている。予熱器１０は、ウォータジャケット３へ導入する前の冷媒に過熱器６を通過した排気ガスの廃熱を付与する。 The preheater 10 is disposed between the water jacket 3 and the pump 9. Furthermore, one of the branched exhaust pipes 4 is connected to the preheater 10. The preheater 10 imparts waste heat of the exhaust gas that has passed through the superheater 6 to the refrigerant before being introduced into the water jacket 3.

冷媒経路５のポンプ９と予熱器１０との間には、圧力センサ１２と第一温度センサ１３とが配置されている。また、排気管４の分岐点４ａの上流側近傍に、第二温度センサ１４が配置されている。廃熱回収装置１は、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１６を備え、このＥＣＵ１６は、圧力センサ１２、第一温度センサ１３、第二温度センサ１４、三方弁１５と電気的に接続されている。ＥＣＵ１６は、圧力センサ１２と第一温度センサ１３から、ポンプ９を通過した冷媒の圧力データと温度データとを取得し、第二温度センサ１４から過熱器６を通過した排気ガスの温度データを取得する。また、ＥＣＵ１６は、ポンプ９へその運転と停止の制御信号を発信し、さらに、三方弁１５へ経路の切り替えの制御信号を発信する。ＥＣＵ１６、第一温度センサ１３、第二温度センサ１４、三方弁１５は、本発明における廃熱付与停止手段に相当する。また、これらの構成要素に、圧力センサ１２を加えたものが本発明の蒸発抑制手段に相当する。 A pressure sensor 12 and a first temperature sensor 13 are arranged between the pump 9 and the preheater 10 in the refrigerant path 5. A second temperature sensor 14 is disposed in the vicinity of the upstream side of the branch point 4 a of the exhaust pipe 4. The waste heat recovery apparatus 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 16, and the ECU 16 is electrically connected to the pressure sensor 12, the first temperature sensor 13, the second temperature sensor 14, and the three-way valve 15. The ECU 16 acquires pressure data and temperature data of the refrigerant that has passed through the pump 9 from the pressure sensor 12 and the first temperature sensor 13, and acquires temperature data of the exhaust gas that has passed through the superheater 6 from the second temperature sensor 14. To do. The ECU 16 transmits a control signal for operating and stopping the pump 9 and further transmits a control signal for switching the path to the three-way valve 15. The ECU 16, the first temperature sensor 13, the second temperature sensor 14, and the three-way valve 15 correspond to waste heat application stopping means in the present invention. Moreover, what added the pressure sensor 12 to these components is equivalent to the evaporation suppression means of this invention.

次に、冷媒の流れとともに、廃熱回収装置１の動作を説明する。ウォータジャケット３内の冷媒は、エンジンの燃焼に伴って発生する廃熱から熱を得て、蒸発する。この際、エンジン本体２は冷却される。ウォータジャケット３内で蒸発した冷媒は、流出端部３ａから冷媒経路５へ流入し、過熱器６へ導入される。過熱器６で、流入した気相の冷媒は、排気管４を通過する排気ガスの廃熱から過熱され、高温化する。次に、このように高温となった気相の冷媒は、タービン７へ流入しタービン７を駆動する。気相の冷媒によってタービン７が駆動されると、共通の駆動軸７ａを有する発電機１１へ動力が伝わり、発電機１１において動力が電気エネルギーとして回収される。 Next, the operation of the waste heat recovery apparatus 1 will be described along with the flow of the refrigerant. The refrigerant in the water jacket 3 evaporates by obtaining heat from the waste heat generated with the combustion of the engine. At this time, the engine body 2 is cooled. The refrigerant evaporated in the water jacket 3 flows into the refrigerant path 5 from the outflow end 3a and is introduced into the superheater 6. In the superheater 6, the gas-phase refrigerant that has flowed in is superheated from the waste heat of the exhaust gas that passes through the exhaust pipe 4 and is heated to a high temperature. Next, the gas-phase refrigerant having a high temperature flows into the turbine 7 and drives the turbine 7. When the turbine 7 is driven by the gas-phase refrigerant, the power is transmitted to the generator 11 having the common drive shaft 7a, and the power is recovered as electric energy in the generator 11.

タービン７を通過した気相の冷媒は、凝縮器８にて冷却されて液相へ戻される。こうして液相になった冷媒はポンプ９に圧送されて予熱器１０へ導入される。このとき、ＥＣＵ１６は、圧力センサ１２と第一温度センサ１３が計測する予熱器１０への導入前の冷媒の温度と圧力のデータを取得する。同時に、ＥＣＵ１６は、第二温度センサ１４が計測する予熱器への導入前の排気ガスの温度データを取得する。ＥＣＵ１６は、取得した冷媒の温度と圧力及び排気ガスの温度に基づいて、予熱器１０へ導入前の冷媒の温度が排気ガスの温度よりも低温であると判断し、さらに、排気ガスから廃熱を得た冷媒が予熱器１０で蒸発しないと判断した場合には、三方弁１５を切り替え、予熱器１０へ排気ガスを流入させる。 The gas-phase refrigerant that has passed through the turbine 7 is cooled by the condenser 8 and returned to the liquid phase. The refrigerant in the liquid phase is pumped to the pump 9 and introduced into the preheater 10. At this time, the ECU 16 acquires the temperature and pressure data of the refrigerant before introduction into the preheater 10 measured by the pressure sensor 12 and the first temperature sensor 13. At the same time, the ECU 16 acquires the temperature data of the exhaust gas before introduction into the preheater measured by the second temperature sensor 14. The ECU 16 determines that the temperature of the refrigerant before being introduced into the preheater 10 is lower than the temperature of the exhaust gas based on the acquired refrigerant temperature and pressure and the temperature of the exhaust gas, and further, from the exhaust gas, the waste heat When it is determined that the obtained refrigerant does not evaporate in the preheater 10, the three-way valve 15 is switched and the exhaust gas is caused to flow into the preheater 10.

排気ガスが予熱器１０へ流入すると、予熱器１０内の冷媒に排気ガスの廃熱が付与される。排気ガスは、過熱器６において気相の冷媒に廃熱を与え、冷媒を過熱して高温化する。このように過熱器６内で気相の冷媒を過熱した後であっても、予熱器１０へ導入前の冷媒の温度が排気ガスの温度よりも低温であるならば、排気ガスの有する熱を利用することができる。このように熱を有する排気ガスは、予熱器１０において液相の冷媒へ熱を付与し、廃熱の回収効率を向上させている。 When the exhaust gas flows into the preheater 10, waste heat of the exhaust gas is imparted to the refrigerant in the preheater 10. The exhaust gas gives waste heat to the gas-phase refrigerant in the superheater 6 and heats the refrigerant to increase the temperature. Even after the refrigerant in the vapor phase is superheated in the superheater 6 as described above, if the temperature of the refrigerant before being introduced into the preheater 10 is lower than the temperature of the exhaust gas, the heat of the exhaust gas is increased. Can be used. The exhaust gas having heat in this manner imparts heat to the liquid-phase refrigerant in the preheater 10 to improve waste heat recovery efficiency.

このように、予熱器１０において廃熱を付与された冷媒は温度が上昇する。温度が上昇した冷媒は、ポンプ９の圧送によりウォータジャケット３へ流入する。ウォータジャケット３内に流入した冷媒は温度が高いため、ウォータジャケット３内の冷媒の温度を急激に低下させない。このため、エンジン本体２の壁温の変動が抑制される。また、ウォータジャケット３内の冷媒における蒸発の一時的停止が抑えられるので、気相の冷媒が安定して発生し、エンジンからの廃熱をタービン７へ輸送することができる。これにより、安定したエネルギーの回収が行われる。 Thus, the temperature of the refrigerant to which waste heat is applied in the preheater 10 rises. The refrigerant whose temperature has risen flows into the water jacket 3 by the pump 9 being pumped. Since the refrigerant flowing into the water jacket 3 has a high temperature, the temperature of the refrigerant in the water jacket 3 is not suddenly lowered. For this reason, the fluctuation | variation of the wall temperature of the engine main body 2 is suppressed. Further, since the temporary stop of the evaporation in the refrigerant in the water jacket 3 is suppressed, the gas-phase refrigerant is stably generated, and the waste heat from the engine can be transported to the turbine 7. Thereby, stable energy recovery is performed.

一方、ＥＣＵ１６が、取得した冷媒の温度と圧力及び排気ガスの温度に基づいて、予熱器１０への導入前の冷媒の温度が排気ガスの温度よりも高温であると判断する場合や、排気ガスから廃熱を得た冷媒が予熱器１０で蒸発すると判断すると、ＥＣＵ１６は、三方弁１５を切り替え、予熱器１０へ排気ガスの流入を遮断する。すなわち、予熱器１０へ廃熱の付与を停止する。 On the other hand, when the ECU 16 determines that the temperature of the refrigerant before introduction into the preheater 10 is higher than the temperature of the exhaust gas based on the acquired refrigerant temperature and pressure and the exhaust gas temperature, When the ECU 16 determines that the refrigerant that has obtained waste heat from the preheater 10 evaporates, the ECU 16 switches the three-way valve 15 to block the inflow of exhaust gas to the preheater 10. That is, the application of waste heat to the preheater 10 is stopped.

予熱器１０へ導入前の冷媒の温度が排気ガスの温度よりも高温である場合には、冷媒の熱が排気ガスに奪われてしまい、冷媒が冷却されてしまうため、冷媒が有する熱、すなわち、エネルギーが排気ガスに持ち去られることになり、熱回収効率が減少してしまう。そのため、予熱器１０への導入前の冷媒の温度が排気ガスの温度よりも高温である場合は、予熱器１０への排気ガスの流入を遮断する。 When the temperature of the refrigerant before being introduced into the preheater 10 is higher than the temperature of the exhaust gas, the heat of the refrigerant is lost to the exhaust gas, and the refrigerant is cooled. The energy is taken away by the exhaust gas, and the heat recovery efficiency is reduced. Therefore, when the temperature of the refrigerant before introduction into the preheater 10 is higher than the temperature of the exhaust gas, the flow of the exhaust gas into the preheater 10 is blocked.

また、何らかの原因で冷媒の温度が高すぎて、予熱器１０で廃熱を付与すると、予熱器１０内で冷媒が蒸発してしまう場合が考えられる。このように、予熱器１０で冷媒が蒸発してしまうと、気相の冷媒がウォータジャケット３へ導入されることになるため、ウォータジャケット３内における冷媒の蒸発が減少する。すなわち、冷媒によるエンジン本体２から持ち去る熱量が減少する。このため、エンジン本体２の冷却に不具合が生じることが考えられる。このように、予熱器１０で廃熱を付与すると、予熱器１０内で冷媒が蒸発してしまうとＥＣＵ１６が判断する場合にも、ＥＣＵ１６は、三方弁１５を切り替え、予熱器１０へ排気ガスの流入を遮断する。すなわち、予熱器１０への廃熱の付与を停止する。このため、冷媒は、予熱器１０で蒸発することがないので、液相の冷媒がウォータジャケット３へ導入される。これにより、冷媒はウォータジャケット３内で蒸発することができるので、エンジン本体２の冷却を行うことができる。 Moreover, when the temperature of a refrigerant | coolant is too high for some reason and waste heat is provided with the preheater 10, the case where a refrigerant | coolant will evaporate in the preheater 10 is considered. As described above, when the refrigerant evaporates in the preheater 10, the vapor-phase refrigerant is introduced into the water jacket 3, so that the evaporation of the refrigerant in the water jacket 3 is reduced. That is, the amount of heat taken away from the engine body 2 by the refrigerant is reduced. For this reason, it is considered that there is a problem in cooling the engine body 2. Thus, even when the ECU 16 determines that the refrigerant evaporates in the preheater 10 when waste heat is applied by the preheater 10, the ECU 16 switches the three-way valve 15 to supply the exhaust gas to the preheater 10. Block inflow. That is, the application of waste heat to the preheater 10 is stopped. For this reason, since the refrigerant does not evaporate in the preheater 10, the liquid phase refrigerant is introduced into the water jacket 3. Thereby, since the refrigerant can evaporate in the water jacket 3, the engine body 2 can be cooled.

以上のように、本発明の廃熱回収装置１は、予熱器１０で、エンジン本体２内のウォータジャケット３に導入する前の冷媒に、過熱器６で気相の冷媒を過熱した後の排気ガスの廃熱を付与する。これにより、予熱器１０の温度が上昇した冷媒が、ウォータジャケット３に導入されるので、エンジン本体２の急激な温度低下が抑制されて、エンジン本体２の壁温の変動を抑制する。さらに、冷媒の蒸発の停止が抑制され、継続して冷媒が蒸発するので、安定したエネルギーの回収が行われる。また、排気ガスの有する熱を回収することで、機関の熱回収効率を向上することができる。 As described above, the waste heat recovery apparatus 1 according to the present invention uses the preheater 10 to exhaust the refrigerant after the gas-phase refrigerant is superheated by the superheater 6 to the refrigerant before being introduced into the water jacket 3 in the engine body 2. Provides waste heat of gas. As a result, the refrigerant whose temperature of the preheater 10 has risen is introduced into the water jacket 3, so that a rapid temperature drop of the engine body 2 is suppressed and fluctuations in the wall temperature of the engine body 2 are suppressed. Further, the stop of the evaporation of the refrigerant is suppressed, and the refrigerant continuously evaporates, so that stable energy recovery is performed. Further, the heat recovery efficiency of the engine can be improved by recovering the heat of the exhaust gas.

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。 The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.

例えば、本発明の廃熱回収装置は、冷媒経路に備えるポンプを予熱器の下流に配置することができる。 For example, in the waste heat recovery apparatus of the present invention, a pump provided in the refrigerant path can be arranged downstream of the preheater.

実施例の廃熱回収装置１の概略構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed schematic structure of the waste heat recovery apparatus 1 of an Example.

Explanation of symbols

１廃熱回収装置
２エンジン本体
３ウォータジャケット
４排気管
５冷媒経路
１０予熱器
１２圧力センサ
１３第一温度センサ
１４第二温度センサ
１５三方弁
１６ＥＣＵ
１７動力回収機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waste heat recovery apparatus 2 Engine main body 3 Water jacket 4 Exhaust pipe 5 Refrigerant path 10 Preheater 12 Pressure sensor 13 First temperature sensor 14 Second temperature sensor 15 Three-way valve 16 ECU
17 Power recovery machine

Claims

An evaporating part formed inside the engine and evaporating the refrigerant by the waste heat of the engine;
A power recovery machine that recovers waste heat through the refrigerant evaporated in the evaporation section;
A preheater that imparts waste heat to the refrigerant before introduction into the evaporation section;
Waste heat application stopping means for stopping application of waste heat to the preheater when the temperature of the refrigerant before introduction into the preheater is higher than the temperature of the exhaust gas before introduction into the preheater; ,
A waste heat recovery device comprising:

An evaporation part formed inside the engine, where the refrigerant evaporates due to the waste heat of the engine;
A power recovery machine that recovers waste heat through the refrigerant evaporated in the evaporation section;
A preheater that imparts waste heat to the refrigerant before introduction into the evaporation section;
An evaporation suppression means for suppressing evaporation of the refrigerant in the preheater;
A waste heat recovery device comprising:

The waste heat recovery apparatus according to claim 1 or 2 ,
The waste heat recovery apparatus, wherein the preheater is disposed between the evaporation unit and a pump that pumps a liquid refrigerant to the evaporation unit.

The waste heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
Comprising a superheater that superheats the refrigerant by waste heat of exhaust gas discharged from the engine;
The waste heat recovery apparatus, wherein the preheater imparts waste heat of exhaust gas that has passed through the superheater to a refrigerant.