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JP4840202B2 - Waste heat recovery device - Google Patents
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JP4840202B2 - Waste heat recovery device - Google Patents

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Description

本発明は、熱機関の廃熱を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 of a heat engine.

従来、特許文献1に、内燃機関の廃熱を回収して内燃機関の駆動動力を低減させる廃熱回収装置が開示されている。   Conventionally, Patent Document 1 discloses a waste heat recovery device that recovers waste heat of an internal combustion engine to reduce driving power of the internal combustion engine.

この特許文献1の廃熱回収装置は、内燃機関の廃熱で水を加熱して高圧蒸気を発生させる蒸発器、高圧蒸気を膨張させる膨張機、膨張機が排出した低圧蒸気を液化させる凝縮器、凝縮器で液化された水を再び蒸発器へ供給する水ポンプ等によって構成されるランキンサイクルを備え、回収された廃熱を膨張機にて回転駆動力に変換して出力する。   The waste heat recovery apparatus of Patent Document 1 includes an evaporator that heats water with waste heat of an internal combustion engine to generate high-pressure steam, an expander that expands high-pressure steam, and a condenser that liquefies low-pressure steam discharged from the expander The Rankine cycle includes a water pump that supplies water liquefied by the condenser to the evaporator again, and the recovered waste heat is converted into a rotational driving force by an expander and output.

さらに、膨張機の出力軸と内燃機関の出力軸とを遊星歯車機構およびベルト式無断変速機を介して連結し、膨張機が出力した回転駆動力の回転数と内燃機関の出力軸の回転数とをマッチングさせるようにベルト式無段変速機の変速比を制御することで、回収した廃熱を内燃機関の駆動動力低減用に利用している。
特開2001−227616号公報
Further, the output shaft of the expander and the output shaft of the internal combustion engine are connected via a planetary gear mechanism and a belt-type continuously variable transmission, and the rotational speed of the rotational driving force output from the expander and the rotational speed of the output shaft of the internal combustion engine. By controlling the gear ratio of the belt type continuously variable transmission so as to match the above, the recovered waste heat is used for reducing the driving power of the internal combustion engine.
JP 2001-227616 A

ところが、特許文献1の廃熱回収装置では、膨張機から一定トルクで回転数が変化する回転駆動力が出力されるので、内燃機関の回転数および膨張機の回転数を適切にマッチングできる変速機を採用しなければならない。つまり、入力側の回転数が変動しても出力側の回転数を適切に変化させることができる変速機(例えば、ベルト式無段変速機等)を採用しなければならないので、システム全体の設計自由度が低くなる。   However, in the waste heat recovery apparatus of Patent Document 1, since the rotational drive force whose rotational speed changes with a constant torque is output from the expander, the transmission capable of appropriately matching the rotational speed of the internal combustion engine and the rotational speed of the expander. Must be adopted. In other words, a transmission (for example, a belt-type continuously variable transmission) that can appropriately change the output speed even if the input speed changes fluctuates. The degree of freedom is reduced.

すなわち、例えば、ベルト式無段変速機では、油圧機構等によって駆動側プーリおよび従動側プーリの溝幅を変更することで変速比を変更して出力側の回転数を制御しているので、ベルト式無段変速機を採用する廃熱回収装置では、システム全体の大型化および複雑化を招いてしまう。その結果、システム全体の設計自由度が低くなってしまう点が問題となる。   That is, for example, in a belt-type continuously variable transmission, the rotation speed on the output side is controlled by changing the gear ratio by changing the groove width of the driving pulley and the driven pulley by a hydraulic mechanism or the like. In a waste heat recovery apparatus that employs a continuously variable transmission, the overall system becomes large and complicated. As a result, there is a problem that the degree of freedom of design of the entire system is lowered.

本発明は、上記点に鑑み、システム全体の設計自由度の低下を招くことなく、回収した廃熱を有効に利用できる廃熱回収装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the waste heat recovery apparatus which can utilize the collect | recovered waste heat effectively, without causing the fall of the design freedom of the whole system in view of the said point.

上記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、熱機関(2)の廃熱を回収する廃熱回収装置であって、液体状態の作動媒体(30)が流動可能に封入された管状容器(31)、熱機関(2)の廃熱を熱源として作動媒体(30)を加熱して蒸気にする加熱部(32)、蒸気を冷却して凝縮させる冷却部(33)、管状容器(31)内における作動媒体(30)のうち液体部分の変位を機械的エネルギーに変換して出力する出力部(34)を有する蒸気エンジン(3)と、機械的エネルギーによって回転駆動力を発生させる回転駆動力発生機構(4)と、回転駆動力の回転数(Ns)を調整する回転数調整手段(9、10)と、回転数調整手段(9、10)の作動を制御する回転数制御手段(8)とを備え、回転駆動力が、回転負荷(7、70)に伝達され、回転数制御手段(8)は、蒸気エンジンの効率(ηs)が最大値に近づくように、前記回転数調整手段(9、10)の作動を制御する廃熱回収装置を特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a waste heat recovery device for recovering waste heat of the heat engine (2), wherein the liquid working medium (30) is encapsulated in a flowable manner. A tubular container (31), a heating section (32) for heating the working medium (30) to steam by using waste heat of the heat engine (2) as a heat source, a cooling section (33) for cooling and condensing the steam, a tubular A steam engine (3) having an output unit (34) for converting the displacement of the liquid portion of the working medium (30) in the container (31) into mechanical energy and outputting the mechanical energy, and generating rotational driving force by the mechanical energy The rotational driving force generating mechanism (4) to be operated, the rotational speed adjusting means (9, 10) for adjusting the rotational speed (Ns) of the rotational driving force, and the rotational speed for controlling the operation of the rotational speed adjusting means (9, 10). and control means (8), the rotational driving force, the rotational load Is transmitted to 7,70), the rotational speed control means (8), as the efficiency of the steam engine (.eta.s) approaches the maximum value, waste heat recovery for controlling the operation of the rotational speed adjusting means (9, 10) Features the device.

これによれば、蒸気エンジン(3)を採用することによって、回転駆動力発生機構(4)から出力される回転駆動力の回転数(Ns)を一定とすることができる。従って、回転駆動力発生機構(4)から出力される回転駆動力の回転数(Ns)と回転負荷(7、70)に要求される回転数とをマッチングさせるために、複雑な変速機を採用する必要がない。   According to this, by adopting the steam engine (3), the rotational speed (Ns) of the rotational driving force output from the rotational driving force generating mechanism (4) can be made constant. Therefore, in order to match the rotational speed (Ns) of the rotational driving force output from the rotational driving force generation mechanism (4) with the rotational speed required for the rotational load (7, 70), a complicated transmission is employed. There is no need to do.

その結果、廃熱回収装置全体としてのシステムの大型化および複雑化を招くことがないので、システム全体の設計自由度の低下を招くことなく、回収した廃熱を有効に利用することができる。   As a result, since the system as a whole waste heat recovery apparatus is not enlarged and complicated, the recovered waste heat can be effectively used without causing a decrease in the degree of freedom in design of the entire system.

さらに、蒸気エンジン(3)では、作動媒体(30)のうち液体部分が蒸気の膨脹圧力を直接的に受ける、いわゆる液体ピストンとして機能するので、蒸気圧を受ける部品の腐食および摩耗の問題が生じない。従って、廃熱回収装置全体としての耐久性向上効果、製品寿命向上効果を得ることもできる。   Further, in the steam engine (3), the liquid part of the working medium (30) functions as a so-called liquid piston that directly receives the expansion pressure of the steam, so that there is a problem of corrosion and wear of parts subjected to the steam pressure. Absent. Therefore, the durability improvement effect and product life improvement effect as a whole waste heat recovery apparatus can also be obtained.

また、回転駆動力の回転数(Ns)を調整する回転数調整手段(9、10)と、回転数調整手段(9、10)の作動を制御する回転数制御手段(8)とを備え、回転数制御手段(8)は、蒸気エンジンの効率(ηs)が最大値に近づくように、回転数調整手段(9、10)の作動を制御する。 Further, with rotational driving force of the engine speed and the rotational speed adjusting means for adjusting (Ns) (9, 10), rotational speed control means for controlling the operation of the rotational speed adjusting means (9, 10) and (8) The rotation speed control means (8) controls the operation of the rotation speed adjustment means (9, 10) so that the efficiency (ηs) of the steam engine approaches the maximum value.

これによれば、蒸気エンジン(3)を高い効率で作動させることができるので、より一層、有効に回収した廃熱を利用できる。
また、請求項2に記載の発明では、熱機関(2)の廃熱を回収する廃熱回収装置であって、液体状態の作動媒体(30)が流動可能に封入された管状容器(31)、熱機関(2)の廃熱を熱源として作動媒体(30)を加熱して蒸気にする加熱部(32)、蒸気を冷却して凝縮させる冷却部(33)、管状容器(31)内における作動媒体(30)のうち液体部分の変位を機械的エネルギーに変換して出力する出力部(34)を有する蒸気エンジン(3)と、機械的エネルギーによって回転駆動力を発生させる回転駆動力発生機構(4)と、回転駆動力発生機構(4)の出力軸(4e)の回転を停止させる回転停止手段(5a)とを備え、回転駆動力が、回転負荷(7、70)に伝達される廃熱回収装置を特徴とする。
これによれば、請求項1に記載の発明と同様に、システム全体の設計自由度の低下を招くことなく、回収した廃熱を有効に利用することができる。さらに、回転停止手段(5a)を備えているので、不必要な回転駆動力の発生を停止させることができる。
According to this, since the steam engine (3) can be operated with high efficiency, the waste heat recovered more effectively can be used.
The invention according to claim 2 is a waste heat recovery device that recovers waste heat of the heat engine (2), and is a tubular container (31) in which a liquid working medium (30) is encapsulated in a flowable manner. In the heating part (32) which heats the working medium (30) using the waste heat of the heat engine (2) as a heat source to make steam, the cooling part (33) which cools and condenses the steam, and the tubular container (31) A steam engine (3) having an output part (34) for converting the displacement of the liquid portion of the working medium (30) into mechanical energy and outputting the same, and a rotational driving force generating mechanism for generating rotational driving force by the mechanical energy (4) and a rotation stopping means (5a) for stopping the rotation of the output shaft (4e) of the rotation driving force generating mechanism (4), and the rotation driving force is transmitted to the rotation loads (7, 70). Features a waste heat recovery device.
According to this, similarly to the first aspect of the invention, the recovered waste heat can be effectively used without causing a decrease in the degree of freedom in design of the entire system. Furthermore, since the rotation stopping means (5a) is provided, generation of unnecessary rotational driving force can be stopped.

さらに、具体的には、回転数調整手段は、回転駆動力の回転数(Ns)を変速させる変速機(9)によって構成され、回転数制御手段(8)が変速機(9)の変速比を制御することによって、回転駆動力の回転数(Ns)が調整されるようにすればよい。   More specifically, the rotation speed adjusting means is constituted by a transmission (9) for shifting the rotation speed (Ns) of the rotational driving force, and the rotation speed control means (8) is a transmission ratio of the transmission (9). By controlling the rotational speed (Ns) of the rotational driving force.

あるいは、回転数調整手段は、回転数調整手段は、回転駆動力発生機構(4)の出力軸(4e)に連結されるとともに、外部から電力を供給されることで回転する電動機(10)によって構成され、回転数制御手段(8)が電動機(10)の回転数(Nm)を制御することによって、回転駆動力の回転数(Ns)が調整されるようにすればよい。   Alternatively, the rotation speed adjustment means is connected to the output shaft (4e) of the rotation driving force generation mechanism (4) and is rotated by an electric motor (10) that is rotated by being supplied with electric power from the outside. The rotational speed control means (8) may be configured such that the rotational speed (Ns) of the rotational driving force is adjusted by controlling the rotational speed (Nm) of the electric motor (10).

また、上述の特徴の廃熱回収装置において、回転駆動力が、熱機関(2)の出力軸(2a)に伝達されるようになっていてもよい。これによれば、熱機関(2)の駆動動力を低減できる。   In the waste heat recovery apparatus having the above-described features, the rotational driving force may be transmitted to the output shaft (2a) of the heat engine (2). According to this, the driving power of the heat engine (2) can be reduced.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

(第1実施形態)
図1により、本発明の第1実施形態について説明する。図1は本発明の廃熱回収装置を適用したエンジン駆動式発電機1の全体構成図である。従って、内燃機関は発電機駆動用のエンジン2であり、回転負荷はエンジン2により回転駆動されて発電する発電機7である。また、廃熱回収装置から出力された回転駆動力は、エンジン2の出力軸2aに伝達され、発電機7の補助駆動力として利用される。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an engine-driven generator 1 to which a waste heat recovery apparatus of the present invention is applied. Therefore, the internal combustion engine is an engine 2 for driving a generator, and the rotational load is a generator 7 that is rotationally driven by the engine 2 to generate electric power. The rotational driving force output from the waste heat recovery device is transmitted to the output shaft 2 a of the engine 2 and used as an auxiliary driving force for the generator 7.

本実施形態の廃熱回収装置は、図1に示すように、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換して出力する蒸気エンジン3、蒸気エンジンから出力された機械的エネルギーによって回転駆動力を発生させる回転駆動力発生機構4等によって構成される。   As shown in FIG. 1, the waste heat recovery apparatus of the present embodiment has a steam engine 3 that converts thermal energy into mechanical energy and outputs it, and rotation that generates rotational driving force by mechanical energy output from the steam engine. It is comprised by the driving force generation mechanism 4 grade | etc.,.

まず、蒸気エンジン3は、液体状態の作動媒体30が流動可能に封入された管状容器31、エンジン2の廃熱を熱源として作動媒体30を加熱して蒸気にする加熱部32、蒸気となった作動媒体30を冷却して凝縮させる冷却部33、管状容器31内における作動媒体30のうち液体部分の変位を機械的エネルギーとして出力する出力部34等を有している。   First, the steam engine 3 has become a tubular container 31 in which a working medium 30 in a liquid state is enclosed so as to flow, a heating unit 32 that heats the working medium 30 using the waste heat of the engine 2 as a heat source, and turns the steam into steam. A cooling unit 33 that cools and condenses the working medium 30, an output unit 34 that outputs the displacement of the liquid portion of the working medium 30 in the tubular container 31 as mechanical energy, and the like.

管状容器31は、作動媒体30である水を封入するパイプ状の圧力容器である。この管状容器31は、鉛直方向に延びる第1直線部31aおよび第1直線部31aの下端部から水平方向に延びる第2直線部31bを有し、全体として略L字状に形成されている。また、第1直線部31aには、上側から順にガス室35、加熱部32、冷却部33が配置されている。   The tubular container 31 is a pipe-shaped pressure container that encloses water as the working medium 30. The tubular container 31 has a first straight portion 31a extending in the vertical direction and a second straight portion 31b extending in the horizontal direction from the lower end of the first straight portion 31a, and is formed in a substantially L shape as a whole. Moreover, the gas chamber 35, the heating part 32, and the cooling part 33 are arrange | positioned in order from the upper side at the 1st linear part 31a.

ガス室35は、第1直線部31a内の上端部に設けられ、作動媒体30である水と反応しない窒素やヘリウム等の不活性ガスが封入されている。なお、このガス室35内に充填された気体の圧縮反力が、管状容器31内の作動媒体に周期的な加振力(弾性力)を作用させる。   The gas chamber 35 is provided at the upper end portion in the first linear portion 31a, and is filled with an inert gas such as nitrogen or helium that does not react with water as the working medium 30. The compression reaction force of the gas filled in the gas chamber 35 causes a periodic excitation force (elastic force) to act on the working medium in the tubular container 31.

加熱部32は、ガス室35の下側であって第1直線部31aの外周側を覆うように配置されている。さらに、加熱部32の内部にはエンジン2の排気ガスが通過する図示しない排気ガス通路が形成されており、加熱部32では排気ガス通路を通過する排ガスと作動媒体30とを熱交換させて、作動媒体30を加熱する。   The heating unit 32 is disposed below the gas chamber 35 so as to cover the outer peripheral side of the first linear portion 31a. Further, an exhaust gas passage (not shown) through which the exhaust gas of the engine 2 passes is formed inside the heating unit 32, and the heating unit 32 exchanges heat between the exhaust gas passing through the exhaust gas passage and the working medium 30, The working medium 30 is heated.

冷却部33は、加熱部32の下側(第1直線部31a略中央部)で第1直線部31aの外周側を覆うように配置されている。さらに、冷却部33の内部にはエンジン2の冷却水が通過する図示しない冷却水通路が形成されており、冷却部33ではこの冷却水通路を通過する冷却水と作動媒体30とを熱交換させて、作動媒体30を冷却する。   The cooling unit 33 is disposed so as to cover the outer peripheral side of the first linear part 31a on the lower side (the first central part of the first linear part 31a) at the lower side of the heating part 32. Further, a cooling water passage (not shown) through which the cooling water of the engine 2 passes is formed inside the cooling portion 33, and the cooling portion 33 exchanges heat between the cooling water passing through the cooling water passage and the working medium 30. Then, the working medium 30 is cooled.

エンジン2の冷却水は、周知の如く、冷却水を圧送する水ポンプおよび冷却水の熱量を大気に放熱させる放熱器(ラジエータ)等を有して構成される冷却水循環回路(図示せず)を流通している。   As is well known, the cooling water of the engine 2 has a cooling water circulation circuit (not shown) configured to include a water pump for pumping the cooling water and a radiator (radiator) for radiating the heat of the cooling water to the atmosphere. It is in circulation.

従って、本実施形態では、冷却水がエンジン2にて廃熱を吸熱しさらに冷却部33にて作動媒体30の熱量を吸熱し、放熱器にて吸熱した熱量を大気に放熱する。もちろん、エンジン2冷却用の冷却水循環回路とは別に、冷却部33のみに冷却水を流通させる専用の冷却水循環回路を設けてもよい。   Therefore, in this embodiment, the cooling water absorbs the waste heat in the engine 2, further absorbs the heat amount of the working medium 30 in the cooling unit 33, and dissipates the heat amount absorbed in the radiator to the atmosphere. Of course, in addition to the cooling water circulation circuit for cooling the engine 2, a dedicated cooling water circulation circuit for circulating the cooling water only to the cooling unit 33 may be provided.

また、管状容器31は、加熱部32および冷却部33が配置される部位を除き、断熱性に優れる材料とすることが望ましい。そこで、本実施形態では、管状容器31をステンレス製とし、加熱部32および冷却部33に対応する部分をステンレスより熱伝導率に優れた銅またはアルミニウム製としている。なお、当該部位に加熱器32および冷却部33を一体に形成してもよい。   Moreover, it is desirable that the tubular container 31 is made of a material having excellent heat insulating properties except for a portion where the heating unit 32 and the cooling unit 33 are disposed. Therefore, in the present embodiment, the tubular container 31 is made of stainless steel, and the portions corresponding to the heating unit 32 and the cooling unit 33 are made of copper or aluminum that has better thermal conductivity than stainless steel. In addition, you may integrally form the heater 32 and the cooling part 33 in the said site | part.

管状容器31のうち第2直線部31bの端部には出力部34が設けられている。出力部34は、第2直線部31bよりも細い径のチューブ5を介して、回転駆動力発生機構4に接続されている。   An output portion 34 is provided at the end of the second straight portion 31 b of the tubular container 31. The output part 34 is connected to the rotational driving force generating mechanism 4 via the tube 5 having a diameter smaller than that of the second straight part 31b.

回転駆動力発生機構4は、チューブ5を介して作動媒体30のうち液体部分が流入するシリンダ4a、シリンダ4a内に摺動可能に配置されたピストン4b、ピストン4bに連結されたクランク機構4c、クランク機構4cに連結された円板状のホイール4d等を有して構成される。   The rotational driving force generating mechanism 4 includes a cylinder 4a into which a liquid portion flows in the working medium 30 through the tube 5, a piston 4b slidably disposed in the cylinder 4a, a crank mechanism 4c coupled to the piston 4b, It has a disk-shaped wheel 4d connected to the crank mechanism 4c.

さらに、ピストン4bは、シリンダ4a内に流入した作動媒体30の圧力を受けてシリンダ4aの軸方向に往復変位可能に配置されており、ピストン4bが往復運動すると、この往復運動がクランク機構4cを介してホイール4dの回転運動に変換される。そして、ホイール4dの回転運動が、ホイール4dの出力軸4eから回転駆動力として出力される。   Further, the piston 4b is disposed so as to be able to reciprocate in the axial direction of the cylinder 4a under the pressure of the working medium 30 flowing into the cylinder 4a. When the piston 4b reciprocates, the reciprocating motion causes the crank mechanism 4c to move. Through the rotary motion of the wheel 4d. Then, the rotational motion of the wheel 4d is output as a rotational driving force from the output shaft 4e of the wheel 4d.

従って、本実施形態では、作動媒体30のうち液体部分の変位が機械的エネルギーとして出力部34から出力されて、この機械的エネルギーが回転駆動力発生機構4によって回転駆動力として出力される。換言すると、回転駆動力発生機構4は、特許文献1の膨張機に相当する機能を発揮する。   Therefore, in the present embodiment, the displacement of the liquid portion of the working medium 30 is output from the output unit 34 as mechanical energy, and this mechanical energy is output as the rotational driving force by the rotational driving force generation mechanism 4. In other words, the rotational driving force generation mechanism 4 exhibits a function corresponding to the expander of Patent Document 1.

回転駆動力発生機構4の出力軸4eは、動力伝達装置6を介して、エンジン2の出力軸2aに連結される。動力伝達装置6は、クラッチ機構および遊星歯車機構(図示せず)によって構成されており、回転駆動力発生機構4の出力軸4eの回転駆動力をエンジン2の出力軸2aに伝達する。   The output shaft 4 e of the rotational driving force generation mechanism 4 is connected to the output shaft 2 a of the engine 2 via the power transmission device 6. The power transmission device 6 includes a clutch mechanism and a planetary gear mechanism (not shown), and transmits the rotational driving force of the output shaft 4 e of the rotational driving force generation mechanism 4 to the output shaft 2 a of the engine 2.

次に、上記構成の本実施形態の作動について説明する。まず、エンジン2を始動させると、エンジン2の出力軸2aが略一定の回転数Neで回転する。この回転数は、発電機7を高効率で作動させることができるように予め定めた回転数である。また、同時に、冷却水循環回路の冷却水も循環する。   Next, the operation of the present embodiment having the above configuration will be described. First, when the engine 2 is started, the output shaft 2a of the engine 2 rotates at a substantially constant rotational speed Ne. This rotational speed is a rotational speed determined in advance so that the generator 7 can be operated with high efficiency. At the same time, the cooling water in the cooling water circulation circuit also circulates.

これにより、エンジン2の出力軸2aの回転駆動力が発電機7に伝達され、発電機7が発電を開始する。発電機7により発電された電力は、各種電気機器に供給される他、蓄電池等に蓄えられる。さらに、エンジン2の排気ガスが蒸気エンジン3の加熱部32を通過するとともに、エンジン2の冷却水が蒸気エンジン3の冷却部33を通過する。これにより、蒸気エンジン3も作動する。   Thereby, the rotational driving force of the output shaft 2a of the engine 2 is transmitted to the generator 7, and the generator 7 starts power generation. The electric power generated by the generator 7 is supplied to various electric devices and stored in a storage battery or the like. Further, the exhaust gas of the engine 2 passes through the heating unit 32 of the steam engine 3, and the cooling water of the engine 2 passes through the cooling unit 33 of the steam engine 3. Thereby, the steam engine 3 also operates.

ここで、蒸気エンジン3の作動について説明する。まず、蒸気エンジン3の管状容器31内の作動媒体30が、加熱部32にて排気ガスと熱交換して加熱されて蒸気となる。そして、この作動媒体の蒸気の膨脹圧力により第1直線部31aにおける作動媒体30の液面を押し下げる。   Here, the operation of the steam engine 3 will be described. First, the working medium 30 in the tubular container 31 of the steam engine 3 is heated by exchanging heat with the exhaust gas in the heating unit 32 to become steam. And the liquid level of the working medium 30 in the 1st linear part 31a is pushed down with the expansion pressure of the vapor | steam of this working medium.

これにより、作動媒体30のうち液体部分は、第1直線部31a側から第2直線部31b側へ流動変位する。そして、作動媒体30は、出力部34からチューブ5を介して回転駆動力発生機構4のシリンダ4a内へ流入し、ピストン4bを押圧する。   Thereby, the liquid part of the working medium 30 is fluidly displaced from the first straight part 31a side to the second straight part 31b side. Then, the working medium 30 flows into the cylinder 4a of the rotational driving force generating mechanism 4 from the output unit 34 via the tube 5 and presses the piston 4b.

さらに、加熱部32により発生した作動媒体30の蒸気が膨脹して冷却部33に至ると、蒸気は冷却部33にて冷却水と熱交換して冷却されて凝縮液化する。そのため、第1直線部31aにおける作動媒体30の液面を押し下げる膨張圧力が消滅し、第1直線部31aにおける作動媒体30の液面が上昇する。   Furthermore, when the steam of the working medium 30 generated by the heating unit 32 expands and reaches the cooling unit 33, the steam is cooled by exchanging heat with cooling water in the cooling unit 33 to be condensed and liquefied. Therefore, the expansion pressure that pushes down the liquid level of the working medium 30 in the first straight part 31a disappears, and the liquid level of the working medium 30 in the first straight part 31a rises.

これにより、作動媒体30のうち液体部分が、第2直線部31b側から第1直線部31a側へ流動変位するので、シリンダ4a内の作動媒体30が、チューブ5を介して出力部34へ戻る。さらに、ピストン4bに対する作動媒体30の押圧力は消滅し、逆にピストン4bには、ホイール4dのイナーシャ(慣性力)によって、押圧力と逆方向の力を受ける。   As a result, the liquid portion of the working medium 30 is fluidly displaced from the second straight portion 31 b side to the first straight portion 31 a side, so that the working medium 30 in the cylinder 4 a returns to the output portion 34 via the tube 5. . Further, the pressing force of the working medium 30 against the piston 4b disappears. Conversely, the piston 4b receives a force in the direction opposite to the pressing force due to the inertia (inertial force) of the wheel 4d.

その結果、管状容器31内の作動媒体30は、第1直線部31aにおける作動媒体30の液面が上下するように自励振動変位しながら、ピストン4bを一定周期でシリンダ4aの軸方向に往復運動させる。   As a result, the working medium 30 in the tubular container 31 reciprocates in the axial direction of the cylinder 4a at a constant cycle while self-excited and displaced so that the liquid level of the working medium 30 in the first linear portion 31a rises and falls. Exercise.

さらに、ピストン4bの往復運動は、クランク機構4cを介して、ホイール4dの回転運動に変換されて、ホイール4dの中心の出力軸4eから一定回転数Nsの回転駆動力となって出力される。つまり、ホイール4dの中心の出力軸4eからは、トルクが変化しながらも一定回転数Nsで回転する回転駆動力を出力させることができる。   Furthermore, the reciprocating motion of the piston 4b is converted into the rotational motion of the wheel 4d via the crank mechanism 4c, and is output as a rotational driving force at a constant rotational speed Ns from the output shaft 4e at the center of the wheel 4d. That is, it is possible to output a rotational driving force that rotates at a constant rotational speed Ns while the torque changes from the output shaft 4e at the center of the wheel 4d.

なお、本実施形態では、加熱部32および冷却部33における作動媒体の伝熱特性、および、ガス室35のよって形成される気体バネのバネ定数等により決定される固有振動数、すなわち、蒸気エンジン3の自励振動数をエンジン2の出力軸2aの回転数Neに適合させている。   In this embodiment, the natural frequency determined by the heat transfer characteristics of the working medium in the heating unit 32 and the cooling unit 33 and the spring constant of the gas spring formed by the gas chamber 35, that is, the steam engine 3 is adapted to the rotational speed Ne of the output shaft 2 a of the engine 2.

そして、回転駆動力発生機構4から出力された回転駆動力は、動力伝達装置6は、エンジン2の出力軸2aに伝達されて、エンジン2の駆動をアシストする。   The rotational driving force output from the rotational driving force generation mechanism 4 is transmitted to the output shaft 2 a of the engine 2 to assist the driving of the engine 2.

本実施形態では上記の如く、蒸気エンジン3を採用することによって、回転駆動力発生機構4から出力される回転駆動力の回転数Nsが一定となるので、複雑な変速機を採用することなく、回転駆動力発生機構4から出力される回転駆動力の回転数Nsとエンジン2の出力軸2aの回転数Neと容易にマッチングさせることができる。   In the present embodiment, as described above, by adopting the steam engine 3, the rotational speed Ns of the rotational driving force output from the rotational driving force generating mechanism 4 is constant, so that a complicated transmission is not employed. The rotational speed Ns of the rotational driving force output from the rotational driving force generating mechanism 4 can be easily matched with the rotational speed Ne of the output shaft 2a of the engine 2.

従って、廃熱回収装置全体としてのシステムの大型化および複雑化を招くことがないので、システム全体の設計自由度の低下を招くことなく、回収した廃熱を有効に利用することができる。   Accordingly, since the system as a whole waste heat recovery apparatus is not increased in size and complicated, the recovered waste heat can be effectively used without reducing the degree of freedom in design of the entire system.

さらに、蒸気エンジン3では、作動媒体30のうち液体部分が蒸気の膨脹圧力を直接的に受ける、いわゆる液体ピストンとして機能するので、蒸気圧を受ける部品の腐食および摩耗の問題が生じない。従って、廃熱回収装置全体としての耐久性向上効果、製品寿命向上効果を得ることもできる。   Further, in the steam engine 3, the liquid portion of the working medium 30 functions as a so-called liquid piston that directly receives the expansion pressure of the steam, so that there is no problem of corrosion and wear of components that receive the steam pressure. Therefore, the durability improvement effect and product life improvement effect as a whole waste heat recovery apparatus can also be obtained.

(第2実施形態)
本実施形態では、本発明の廃熱回収装置を車両走行用エンジンの廃熱回収システム11に適用した例を説明する。図2は、本実施形態の車両走行用エンジンの廃熱回収システム11の全体構成図である。なお、図2では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。これは以下の実施形態においても同様である。
(Second Embodiment)
In this embodiment, an example in which the waste heat recovery apparatus of the present invention is applied to a waste heat recovery system 11 for a vehicle travel engine will be described. FIG. 2 is an overall configuration diagram of the waste heat recovery system 11 for the vehicle travel engine of the present embodiment. In FIG. 2, the same or equivalent parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The same applies to the following embodiments.

従って、本実施形態では、内燃機関は車両走行用のエンジン2であり、回転負荷は駆動輪に動力を伝達するトランスミッション70である。また、第1実施形態と同様に、廃熱回収装置から出力された回転駆動力は、エンジン2の出力軸2aに伝達され、トランスミッション70の補助駆動力として利用される。   Therefore, in the present embodiment, the internal combustion engine is the engine 2 for traveling the vehicle, and the rotational load is the transmission 70 that transmits power to the drive wheels. Similarly to the first embodiment, the rotational driving force output from the waste heat recovery device is transmitted to the output shaft 2 a of the engine 2 and used as an auxiliary driving force of the transmission 70.

さらに、本実施形態の廃熱回収装置は、制御装置8から出力される制御信号によって変速比を調整可能に構成された変速機9を備えている。この変速機9としては、簡素な構成の電気式の多段式歯車機構を採用できる。この電気式の多段式歯車機構は、複数の径の異なる歯車の組み合わせを電動アクチュエータ9aにて切替えることによって、変速比を変化させることができる。   Further, the waste heat recovery apparatus according to the present embodiment includes a transmission 9 configured to be able to adjust a gear ratio by a control signal output from the control device 8. As the transmission 9, an electric multi-stage gear mechanism having a simple configuration can be adopted. This electric multi-stage gear mechanism can change the gear ratio by switching a combination of a plurality of gears having different diameters with the electric actuator 9a.

次に、本実施形態の電気制御部の概要について説明する。図2に示す制御装置8はマイクロコンピュータおよびその周辺回路等により構成され、その出力側には、変速機9の電動アクチュエータ9aが接続される。また、制御装置8の入力側には、エンジン2の回転数Neを検出する回転数センサ8a、回転駆動力発生機構4の回転数Nsを検出する回転数センサ8bの検出信号等が入力される。その他の構成は、第1実施形態と同様である。   Next, an outline of the electric control unit of the present embodiment will be described. The control device 8 shown in FIG. 2 includes a microcomputer and its peripheral circuits, and an electric actuator 9a of the transmission 9 is connected to the output side. Further, a detection signal of a rotation speed sensor 8a for detecting the rotation speed Ne of the engine 2 and a rotation speed sensor 8b for detecting the rotation speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4 are input to the input side of the control device 8. . Other configurations are the same as those of the first embodiment.

次に、上記構成の本実施形態の作動について説明する。まず、第1実施形態と同様に、エンジン2を作動させると、エンジン2の排気ガスが蒸気エンジン3の加熱部32へ流入し、エンジン冷却水が蒸気エンジンの冷却部33へ流入する。従って、エンジン2の出力軸2aから回転駆動力がトランスミッション70へ伝達されるとともに、回転駆動力発生機構4の出力軸4eから回転駆動力が出力される。   Next, the operation of the present embodiment having the above configuration will be described. First, similarly to the first embodiment, when the engine 2 is operated, the exhaust gas of the engine 2 flows into the heating unit 32 of the steam engine 3 and the engine cooling water flows into the cooling unit 33 of the steam engine. Accordingly, the rotational driving force is transmitted from the output shaft 2 a of the engine 2 to the transmission 70, and the rotational driving force is output from the output shaft 4 e of the rotational driving force generation mechanism 4.

ところで、車両用のエンジン2の出力軸2aは、エンジン出力の変化に伴って回転数Neが変化する。このため、第1実施形態の如く、回転駆動力発生機構4の出力軸4eから一定回転数Nsの回転駆動力を出力したとしても、回転駆動力発生機構4の回転数Nsとエンジン2の回転数Neとを適切にマッチングさせなければ、エンジン2の駆動を適切にアシストできない。   Incidentally, the rotational speed Ne of the output shaft 2a of the vehicle engine 2 changes as the engine output changes. For this reason, as in the first embodiment, even if a rotational driving force having a constant rotational speed Ns is output from the output shaft 4e of the rotational driving force generation mechanism 4, the rotational speed Ns of the rotational driving force generation mechanism 4 and the rotation of the engine 2 are increased. Unless the number Ne is properly matched, the driving of the engine 2 cannot be assisted appropriately.

その理由は、エンジン2の回転数Neと回転駆動力発生機構4の回転数Nsが一致しない場合、回転駆動力発生機構4の回転数Nsが、強制的にエンジン2の回転数Neに同期してしまうからである。   The reason is that if the rotational speed Ne of the engine 2 and the rotational speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4 do not match, the rotational speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4 is forcibly synchronized with the rotational speed Ne of the engine 2. Because it will end up.

このように回転駆動力発生機構4の回転数Neが強制的に変更されてしまうと、図3に示すように蒸気エンジン3のエネルギー変換効率ηs(以下、単に蒸気エンジン3の効率ηsという。)が低下してしまいエンジン2の駆動をアシストできなくなる。   If the rotational speed Ne of the rotational driving force generating mechanism 4 is forcibly changed in this way, the energy conversion efficiency ηs of the steam engine 3 (hereinafter simply referred to as the efficiency ηs of the steam engine 3) as shown in FIG. Decreases and the driving of the engine 2 cannot be assisted.

なお、図3は、回転駆動力発生機構4の回転数Nsと、蒸気エンジン3の効率ηsとの関係を示すグラフである。さらに、図3から明らかなように、蒸気エンジン3の効率ηsは所定の回転駆動力発生機構4の回転数においてピーク(最大値)を示す。この蒸気エンジン3の効率ηsがピークとなる回転数は、蒸気エンジン3の自励振動数に相当する値である。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the rotational speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4 and the efficiency ηs of the steam engine 3. Further, as is clear from FIG. 3, the efficiency ηs of the steam engine 3 exhibits a peak (maximum value) at a predetermined rotational speed of the rotational driving force generation mechanism 4. The rotation speed at which the efficiency ηs of the steam engine 3 reaches a peak is a value corresponding to the self-excited vibration frequency of the steam engine 3.

従って、回転駆動力発生機構4の回転数Nsが蒸気エンジン3の効率ηsがピークに近づくように、すなわち、回転数Nsが図3に示す効率が高い範囲になるように制御することが望ましい。   Therefore, it is desirable to control the rotational speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4 so that the efficiency ηs of the steam engine 3 approaches the peak, that is, so that the rotational speed Ns falls within the high efficiency range shown in FIG.

そこで、本実施形態では、蒸気エンジン3の効率ηsがピークに近づくように、制御装置8が変速機9の電動アクチュエータ9aへ制御信号を出力し、変速機9の変速比を変更することによって、回転駆動力発生機構4の回転数Nsを調整している。従って、本実施形態の変速機9は、回転駆動力発生機構4の回転数Nsを調整する回転数調整手段を構成し、制御装置8は回転数調整手段の作動を制御する回転数制御手段を構成する。   Therefore, in this embodiment, the control device 8 outputs a control signal to the electric actuator 9a of the transmission 9 so that the efficiency ηs of the steam engine 3 approaches a peak, and changes the gear ratio of the transmission 9, thereby The rotational speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4 is adjusted. Therefore, the transmission 9 of the present embodiment constitutes a rotation speed adjusting means for adjusting the rotation speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4, and the control device 8 has a rotation speed control means for controlling the operation of the rotation speed adjusting means. Constitute.

より具体的には、制御装置8が回転数センサ8a、8bの検出値に基づいて、蒸気エンジン3の効率ηsがピークに近づく目標変速比を算出する。この目標変速比は、予め制御装置に記憶された蒸気エンジン3の自励振動数および回転センサ8aの検出値(エンジン2の回転数)の比から算出すればよい。   More specifically, the control device 8 calculates a target gear ratio at which the efficiency ηs of the steam engine 3 approaches a peak based on the detection values of the rotation speed sensors 8a and 8b. This target gear ratio may be calculated from the ratio of the self-excited vibration frequency of the steam engine 3 and the detected value of the rotation sensor 8a (the rotation speed of the engine 2) stored in advance in the control device.

そして、制御装置8が変速機9の電動アクチュエータ9aの作動を制御して、目標変速比になるように変速機9の変速比を変更する。これにより、蒸気エンジン3の効率ηsがピークに近づくように、回転駆動力発生機構4の回転数Nsが調整される。   And the control apparatus 8 controls the action | operation of the electric actuator 9a of the transmission 9, and changes the gear ratio of the transmission 9 so that it may become a target gear ratio. Thereby, the rotational speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4 is adjusted so that the efficiency ηs of the steam engine 3 approaches the peak.

本実施形態では上記の如く作動するので、複雑な変速機9を採用することなく、回転駆動力発生機構4から出力される回転駆動力の回転数Nsとエンジン2の出力軸2aの回転数Neと容易にマッチングさせることができる。その結果、車両に搭載した場合であっても、廃熱回収システム全体としての設計自由度の低下を招くことなく、回収した廃熱を有効に利用することができる。   Since the present embodiment operates as described above, the rotational speed Ns of the rotational driving force output from the rotational driving force generation mechanism 4 and the rotational speed Ne of the output shaft 2a of the engine 2 can be achieved without employing the complicated transmission 9. And can be easily matched. As a result, even if it is mounted on a vehicle, the recovered waste heat can be used effectively without causing a reduction in the degree of design freedom of the entire waste heat recovery system.

さらに、蒸気エンジン3の効率ηsをピークに近づけることができるので、回収した廃熱を、より一層、有効に利用することができる。   Furthermore, since the efficiency ηs of the steam engine 3 can be brought close to the peak, the recovered waste heat can be used more effectively.

(第3実施形態)
本実施形態では、本発明の廃熱回収装置をハイブリッド車両用の車両走行用エンジンの廃熱回収システム21に適用した例を説明する。図4は、本実施形態の車両走行用エンジンの廃熱回収システム21の全体構成図である。本実施形態では、図4に示すように、エンジン2の出力軸2a、回転駆動力発生機構4の出力軸4eおよびモータジェネレータ10の回転軸10aが、作動歯車装置12を介して連結されている。
(Third embodiment)
In the present embodiment, an example in which the waste heat recovery apparatus of the present invention is applied to a waste heat recovery system 21 for a vehicle running engine for a hybrid vehicle will be described. FIG. 4 is an overall configuration diagram of the waste heat recovery system 21 for the vehicle travel engine of the present embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the output shaft 2 a of the engine 2, the output shaft 4 e of the rotational driving force generating mechanism 4, and the rotational shaft 10 a of the motor generator 10 are connected via an operating gear device 12. .

モータジェネレータ10は、直流電動機と同一の構造であり、制御装置8から電力が供給されると回転軸10aが回転するとともに、外部からの駆動力によって回転軸10aが回転駆動されると発電して制御装置8へ電力を出力する発電機能付きの電動機である。なお、モータジェネレータ10から出力された電力は制御装置8を介して、各種電気機器に供給される他、バッテリ13に蓄電される。   The motor generator 10 has the same structure as that of the DC motor. When the electric power is supplied from the control device 8, the rotating shaft 10a rotates. When the rotating shaft 10a is rotationally driven by an external driving force, the motor generator 10 generates electric power. It is an electric motor with a power generation function that outputs electric power to the control device 8. The electric power output from the motor generator 10 is stored in the battery 13 in addition to being supplied to various electric devices via the control device 8.

また、モータジェネレータ10の回転軸10aの回転数Nmは、回転数センサ8cにより検出され、回転数センサ8cの検出信号は、制御装置8へ入力される。   Further, the rotational speed Nm of the rotating shaft 10 a of the motor generator 10 is detected by the rotational speed sensor 8 c, and the detection signal of the rotational speed sensor 8 c is input to the control device 8.

作動歯車装置12は、第1回転軸の回転を、同一の中心を有する他の2つの回転軸(以下、第2、第3回転軸という。)へ異なる回転数で伝達することができる歯車機構である。逆に、第2、第3回転軸の異なる回転数の回転を、第1回転軸に伝達することもできる。さらに、第2、第3回転軸の回転数の算術平均と第1回転軸の回転数が等しくなる。   The operating gear device 12 can transmit the rotation of the first rotating shaft to the other two rotating shafts having the same center (hereinafter referred to as second and third rotating shafts) at different rotational speeds. It is. Conversely, rotations of different rotational speeds of the second and third rotating shafts can be transmitted to the first rotating shaft. Further, the arithmetic average of the rotation speeds of the second and third rotation shafts is equal to the rotation speed of the first rotation shaft.

本実施形態では、第1回転軸をエンジン2の出力軸2aに連結し、さらに、第2、第3回転軸をそれぞれ、回転駆動力発生機構4の出力軸4eおよびモータジェネレータ10の回転軸10aに連結している。   In the present embodiment, the first rotating shaft is connected to the output shaft 2a of the engine 2, and the second and third rotating shafts are respectively connected to the output shaft 4e of the rotational driving force generating mechanism 4 and the rotating shaft 10a of the motor generator 10. It is linked to.

さらに、本実施形態では、蒸気エンジン3と回転駆動力発生機構4とを接続するチューブ5を開閉する開閉弁5aが設けられている。この開閉弁5aは、制御装置8の制御電圧によって開閉する電磁弁である。その他の構成は、第1実施形態と同様である。   Further, in the present embodiment, an on-off valve 5 a that opens and closes a tube 5 that connects the steam engine 3 and the rotational driving force generation mechanism 4 is provided. The on-off valve 5 a is an electromagnetic valve that is opened and closed by a control voltage of the control device 8. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

次に、上記構成の本実施形態の作動について説明する。なお、本実施形態のハイブリット車両では、エンジン2の回転駆動力をモータジェネレータ10および蒸気エンジン3の回転駆動力によってアシストするアシスト運転モード、および、エンジン2の回転駆動力によってモータジェネレータ10に発電させる発電運転モードが存在する。   Next, the operation of the present embodiment having the above configuration will be described. In the hybrid vehicle according to the present embodiment, the motor generator 10 generates electric power by the assist operation mode in which the rotational driving force of the engine 2 is assisted by the rotational driving force of the motor generator 10 and the steam engine 3 and the rotational driving force of the engine 2. There is a power generation mode.

まず、アシスト運転モードについて説明する。アシスト運転モードでは、制御装置8が開閉弁5aを開弁させ、モータジェネレータ10へ電力を供給する。従って、回転駆動力発生機構4の出力軸4eから回転駆動力が出力されるとともに、モータジェネレータ10の回転軸10aからも回転駆動力が出力される。   First, the assist operation mode will be described. In the assist operation mode, the control device 8 opens the on-off valve 5 a and supplies power to the motor generator 10. Accordingly, the rotational driving force is output from the output shaft 4 e of the rotational driving force generation mechanism 4, and the rotational driving force is also output from the rotational shaft 10 a of the motor generator 10.

そして、回転駆動力発生機構4側の回転駆動力およびモータジェネレータ10側の回転駆動力は作動歯車機構12を介して、エンジン2の出力軸2aへ伝達される。前述の如く、作動歯車機構12では、回転駆動力発生機構4の回転数Neおよびモータジェネレータ10の回転数Nmの算術平均となる回転数をエンジン2の出力軸2aへ伝達する。   Then, the rotational driving force on the rotational driving force generation mechanism 4 side and the rotational driving force on the motor generator 10 side are transmitted to the output shaft 2 a of the engine 2 via the operating gear mechanism 12. As described above, the operating gear mechanism 12 transmits to the output shaft 2 a of the engine 2 the rotational speed that is the arithmetic average of the rotational speed Ne of the rotational driving force generating mechanism 4 and the rotational speed Nm of the motor generator 10.

そこで、本実施形態では、制御装置8が、回転数センサ8a、8b、8cの検出値に基づいて、回転駆動力発生機構4の回転数Nsが蒸気エンジン3の効率ηsがピークに近づくようにモータジェネレータ10の回転数Nmを制御する。従って、本実施形態のモータジェネレータ10は、回転駆動力発生機構4の回転数Nsを調整する回転数調整手段としての機能を担う。   Therefore, in the present embodiment, the control device 8 causes the rotational speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4 to reach the peak of the efficiency ηs of the steam engine 3 based on the detection values of the rotational speed sensors 8a, 8b, and 8c. The rotational speed Nm of the motor generator 10 is controlled. Therefore, the motor generator 10 according to the present embodiment functions as a rotation speed adjusting unit that adjusts the rotation speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4.

より具体的には、制御装置8が、回転数センサ8cの検出値(モータジェネレータ10の回転数Nm)と予め制御装置に記憶された蒸気エンジン3の効率がピークとなる回転駆動力発生機構4の回転数との算術平均が、回転センサ8a(エンジン2の回転数Ne)に近づくように、モータジェネレータ10の回転数を制御する。   More specifically, the control device 8 has a rotational driving force generating mechanism 4 in which the detected value of the rotational speed sensor 8c (the rotational speed Nm of the motor generator 10) and the efficiency of the steam engine 3 stored in the control device in advance reach a peak. The rotational speed of the motor generator 10 is controlled so that the arithmetic average of the rotational speed of the motor generator 10 approaches the rotational sensor 8a (the rotational speed Ne of the engine 2).

これにより、蒸気エンジン3の効率ηsがピークに近づくように回転駆動力発生機構4の回転数Nsが調整される。   Thereby, the rotation speed Ns of the rotational driving force generation mechanism 4 is adjusted so that the efficiency ηs of the steam engine 3 approaches the peak.

一方、発電運転モードでは、制御装置8が開閉弁5aを閉弁させる。従って、回転駆動力発生機構4から回転駆動力は出力されない。さらに、シリンダ4a内の作動媒体30が蒸気エンジン3の出力部34側へ流出することができないので、回転駆動力発生機構4の出力軸4eは固定された状態となる。つまり、開閉弁5aは回転停止手段として機能する。   On the other hand, in the power generation operation mode, the control device 8 closes the on-off valve 5a. Therefore, the rotational driving force is not output from the rotational driving force generation mechanism 4. Furthermore, since the working medium 30 in the cylinder 4a cannot flow out to the output part 34 side of the steam engine 3, the output shaft 4e of the rotational driving force generating mechanism 4 is in a fixed state. That is, the on-off valve 5a functions as rotation stop means.

前述の如く、作動歯車機構12では、エンジン2の回転数Neは回転駆動力発生機構4の回転数Nsおよびモータジェネレータ10の回転数Nmの算術平均と等しくなるので、エンジン2の回転駆動力は作動歯車機構12を介して、モータジェネレータ10のみに伝達されることになる。これにより、エンジン2の回転駆動力を効率よくモータジェネレータ10に伝達して発電させることができる。   As described above, in the operating gear mechanism 12, the rotational speed Ne of the engine 2 is equal to the arithmetic average of the rotational speed Ns of the rotational driving force generation mechanism 4 and the rotational speed Nm of the motor generator 10. It is transmitted only to the motor generator 10 via the operating gear mechanism 12. Thereby, the rotational driving force of the engine 2 can be efficiently transmitted to the motor generator 10 to generate electric power.

本実施形態では上記の如く作動するので、アシスト運転モードでは、複雑な変速機9を採用することなく、蒸気エンジン3の効率ηsがピークに近づくように、回転駆動力発生機構4の回転数Nsを調整することができる。その結果、車両に搭載した場合であっても、廃熱回収システム全体としての設計自由度の低下を招くことなく、回収した廃熱を有効に利用することができる。   Since this embodiment operates as described above, in the assist operation mode, the rotational speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4 is set so that the efficiency ηs of the steam engine 3 approaches the peak without employing the complicated transmission 9. Can be adjusted. As a result, even if it is mounted on a vehicle, the recovered waste heat can be used effectively without causing a reduction in the degree of design freedom of the entire waste heat recovery system.

一方、発電運転モードでは、エンジン2の回転駆動力を効率よくモータジェネレータ10に伝達できるので、エンジン2の回転駆動力を有効に利用できる。   On the other hand, in the power generation operation mode, the rotational driving force of the engine 2 can be efficiently transmitted to the motor generator 10, so that the rotational driving force of the engine 2 can be used effectively.

(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows.

(1)上述の実施形態では、クランク機構4c、ホイール4d等によって回転駆動力発生機構4を構成しているが、回転駆動力発生機構はこれに限定されない。すなわち、蒸気エンジン3の出力部34から出力される機械的エネルギーを回転駆動力として出力させることができるものであればよい。例えば、ピストンの往復運動をカム機構によって回転運動に変換するものであってもよい。   (1) In the above-described embodiment, the rotational driving force generation mechanism 4 is configured by the crank mechanism 4c, the wheel 4d, and the like, but the rotational driving force generation mechanism is not limited to this. That is, any mechanical energy may be used as long as the mechanical energy output from the output unit 34 of the steam engine 3 can be output as the rotational driving force. For example, the reciprocating motion of the piston may be converted into a rotational motion by a cam mechanism.

(2)上述の第2実施形態では、変速機9として電気式の多段式歯車機構を採用しているが、その他の機構を採用してもよい。例えば、複数の径の異なるスプロケットのうち、チェーンが架けられるスプロケットを電気的なアクチュエータで選択して変速比を変化させる電気式の多段式チェーン機構を採用してもよい。   (2) In the second embodiment described above, an electric multi-stage gear mechanism is employed as the transmission 9, but other mechanisms may be employed. For example, an electric multi-stage chain mechanism that changes a gear ratio by selecting a sprocket on which a chain is mounted from among a plurality of sprockets having different diameters by an electric actuator may be adopted.

また、システム全体の設計自由度の許容範囲において、ベルト式無断変速機、トロイダル無段変速機、リングコーン型無段変速機などを採用することもできる。   In addition, a belt type continuously variable transmission, a toroidal continuously variable transmission, a ring cone type continuously variable transmission, or the like may be employed within an allowable range of design flexibility of the entire system.

(3)上述の第3実施形態では、開閉弁5aによって回転駆動力発生機構4の出力軸4eの回転を停止させる回転停止手段を構成しているが、回転停止手段はこれに限定されない。例えば、ホイール4dの回転を強制的に停止させるブレーキ装置等を採用してもよい。   (3) In the third embodiment described above, the rotation stopping means for stopping the rotation of the output shaft 4e of the rotational driving force generating mechanism 4 is configured by the on-off valve 5a, but the rotation stopping means is not limited to this. For example, a brake device that forcibly stops the rotation of the wheel 4d may be employed.

(4)上述の第3実施形態のアシスト運転モードでは、エンジン2の回転駆動力をモータジェネレータ10および蒸気エンジン3の回転駆動力によってアシストとしているが、蒸気エンジン3の回転駆動力のみによってアシストしてもよい。この場合は、モータジェネレータ10を発電機として作用させ、その駆動トルクによって、蒸気エンジン3の効率ηsがピークに近づくように回転駆動力発生機構4の回転数Nsを調整すればよい。   (4) In the assist operation mode of the third embodiment described above, the rotational drive force of the engine 2 is assisted by the rotational drive force of the motor generator 10 and the steam engine 3, but the assist is performed only by the rotational drive force of the steam engine 3. May be. In this case, the motor generator 10 is allowed to act as a generator, and the rotational speed Ns of the rotational driving force generating mechanism 4 may be adjusted so that the efficiency ηs of the steam engine 3 approaches the peak by the driving torque.

(5)上述の実施形態では、1つの蒸気エンジン3から出力された機械的エネルギーを回転駆動力発生機構4から回転駆動力として出力させているが、複数の蒸気エンジン3から出力された機械的エネルギーを回転駆動力発生機構4から回転駆動力として出力させてもよい。   (5) In the above-described embodiment, the mechanical energy output from one steam engine 3 is output as the rotational driving force from the rotational driving force generating mechanism 4, but the mechanical energy output from the plurality of steam engines 3 is output. The energy may be output from the rotational driving force generation mechanism 4 as a rotational driving force.

第1実施形態のエンジン駆動式発電機の全体構成図である。It is a whole block diagram of the engine drive type generator of 1st Embodiment. 第2実施形態の廃熱回収システムの全体構成図である。It is a whole block diagram of the waste-heat recovery system of 2nd Embodiment. 回転数Nsと蒸気エンジンの効率ηsとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rotation speed Ns and the efficiency (eta) s of a steam engine. 第3実施形態の廃熱回収システムの全体構成図である。It is a whole block diagram of the waste heat recovery system of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

2…エンジン、2a…エンジンの出力軸、3…蒸気エンジン、
4…回転駆動力発生機構、4e…回転駆動力発生機構の出力軸、5a…開閉弁、
7…発電機、8…制御装置、9…変速機、10…モータジェネレータ、
30…作動媒体、31…管状容器、32…加熱部、33…冷却部、34…出力部、
70…トランスミッション。
2 ... Engine, 2a ... Engine output shaft, 3 ... Steam engine,
4 ... Rotational driving force generating mechanism, 4e ... Output shaft of the rotational driving force generating mechanism, 5a ... Open / close valve,
7 ... Generator, 8 ... Control device, 9 ... Transmission, 10 ... Motor generator,
30 ... Working medium, 31 ... Tubular container, 32 ... Heating part, 33 ... Cooling part, 34 ... Output part,
70: Transmission.

Claims (5)

熱機関(2)の廃熱を回収する廃熱回収装置であって、
液体状態の作動媒体(30)が流動可能に封入された管状容器(31)、前記熱機関(2)の廃熱を熱源として前記作動媒体(30)を加熱して蒸気にする加熱部(32)、前記蒸気を冷却して凝縮させる冷却部(33)、前記管状容器(31)内における作動媒体(30)のうち液体部分の変位を機械的エネルギーに変換して出力する出力部(34)を有する蒸気エンジン(3)と、
前記機械的エネルギーによって回転駆動力を発生させる回転駆動力発生機構(4)と
前記回転駆動力の回転数(Ns)を調整する回転数調整手段(9、10)と、
前記回転数調整手段(9、10)の作動を制御する回転数制御手段(8)とを備え、
前記回転駆動力が、回転負荷(7、70)に伝達され
前記回転数制御手段(8)は、前記蒸気エンジンの効率(ηs)が最大値に近づくように、前記回転数調整手段(9、10)の作動を制御することを特徴とする廃熱回収装置。
A waste heat recovery device for recovering waste heat of the heat engine (2),
A tubular container (31) in which a liquid working medium (30) is flowably enclosed, and a heating unit (32) that heats the working medium (30) using the waste heat of the heat engine (2) as a heat source to form steam. ), A cooling unit (33) that cools and condenses the vapor, and an output unit (34) that converts the displacement of the liquid portion of the working medium (30) in the tubular container (31) into mechanical energy and outputs the mechanical energy. A steam engine (3) having
A rotational driving force generating mechanism (4) for generating a rotational driving force by the mechanical energy ;
A rotational speed adjusting means (9, 10) for adjusting the rotational speed (Ns) of the rotational driving force;
A rotation speed control means (8) for controlling the operation of the rotation speed adjustment means (9, 10) ,
The rotational driving force is transmitted to the rotational load (7, 70) ;
The rotation speed control means (8) controls the operation of the rotation speed adjustment means (9, 10) so that the efficiency (ηs) of the steam engine approaches a maximum value. .
熱機関(2)の廃熱を回収する廃熱回収装置であって、
液体状態の作動媒体(30)が流動可能に封入された管状容器(31)、前記熱機関(2)の廃熱を熱源として前記作動媒体(30)を加熱して蒸気にする加熱部(32)、前記蒸気を冷却して凝縮させる冷却部(33)、前記管状容器(31)内における作動媒体(30)のうち液体部分の変位を機械的エネルギーに変換して出力する出力部(34)を有する蒸気エンジン(3)と、
前記機械的エネルギーによって回転駆動力を発生させる回転駆動力発生機構(4)と
前記回転駆動力発生機構(4)の出力軸(4e)の回転を停止させる回転停止手段(5a)とを備え、
前記回転駆動力が、回転負荷(7、70)に伝達されることを特徴とする廃熱回収装置。
A waste heat recovery device for recovering waste heat of the heat engine (2),
A tubular container (31) in which a liquid working medium (30) is flowably enclosed, and a heating unit (32) that heats the working medium (30) using the waste heat of the heat engine (2) as a heat source to form steam. ), A cooling unit (33) that cools and condenses the vapor, and an output unit (34) that converts the displacement of the liquid portion of the working medium (30) in the tubular container (31) into mechanical energy and outputs the mechanical energy. A steam engine (3) having
A rotational driving force generating mechanism (4) for generating a rotational driving force by the mechanical energy ;
Rotation stopping means (5a) for stopping the rotation of the output shaft (4e) of the rotational driving force generating mechanism (4) ,
The waste heat recovery apparatus, wherein the rotational driving force is transmitted to a rotational load (7, 70).
前記回転数調整手段は、前記回転駆動力の回転数(Ns)を変速させる変速機(9)によって構成され、
前記回転数制御手段(8)が前記変速機(9)の変速比を制御することによって、前記回転駆動力の回転数(Ns)が調整されることを特徴とする請求項1または2に記載の廃熱回収装置。
The rotational speed adjusting means is constituted by a transmission (9) that changes the rotational speed (Ns) of the rotational driving force,
By the rotation speed control means (8) controls the transmission ratio of the transmission (9), according to claim 1 or 2, wherein the rotational driving force of the rotational speed (Ns) is adjusted Waste heat recovery equipment.
前記回転数調整手段は、前記回転駆動力発生機構(4)の出力軸(4e)に連結されるとともに、外部から電力を供給されることで回転する電動機(10)によって構成され、
前記回転数制御手段(8)が前記電動機(10)の回転数(Nm)を制御することによって、前記回転駆動力の回転数(Ns)が調整されることを特徴とする請求項1または2に記載の廃熱回収装置。
The rotational speed adjusting means is constituted by an electric motor (10) that is connected to the output shaft (4e) of the rotational driving force generating mechanism (4) and rotates by being supplied with electric power from the outside.
By the rotation speed control means (8) controls the rotational speed (Nm) of the electric motor (10), according to claim 1 or 2, wherein the rotational driving force of the rotational speed (Ns) is adjusted The waste heat recovery device described in 1.
前記回転駆動力が、前記熱機関(2)の出力軸(2a)に伝達されることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の廃熱回収装置。 The waste heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the rotational driving force is transmitted to an output shaft (2a) of the heat engine (2).
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