CN104919146A - 内燃机的排热回收装置和内燃机的排热回收方法 - Google Patents
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Abstract
在具备朗肯循环(14)的发动机(1)的排热回收装置(13)中，构成为具备储存对涡轮(17)进行驱动的工作介质的剩余量即剩余工作介质的蒸汽蓄热器(20)、以及在涡轮(17)仅通过来自锅炉(16)的工作介质不能输出预先设定的动力时从蒸汽蓄热器(20)将所储存的剩余工作介质向涡轮(17)释放而使涡轮(17)输出的动力均衡化的均衡化线路(21)，由此在发动机(1)刚启动后、将要停止前或低负荷运转时等的用锅炉(16)不能将工作介质蒸发的情况下，也能够不使涡轮(17)输出的动力下降而进行均衡化，所以能够高效率地利用发动机(1)的排热。
Description
技术领域
本发明涉及将内燃机的排热再生，作为内燃机的驱动力或发电力来利用的内燃机的排热回收装置和内燃机的排热回收方法。
背景技术
以往，作为将通过内燃机的排气或冷却水发散到大气中的废热能量进行回收并利用的方法之一，有朗肯循环(Rankine Cycle)。该朗肯循环是不可逆热循环的一种，是蒸汽涡轮的理论循环，具备将工作介质进行加压输送的泵(加压输送器)、通过发动机的废热使工作介质蒸发的锅炉(蒸发器)、被从锅炉流出的工作介质驱动而输出动力的涡轮(膨胀器)、和将从涡轮流出的工作介质进行液化的凝结器(condenser，冷凝器)。
提出了以下技术：将该朗肯循环搭载于汽车，作为工作介质而使用水、低沸点的乙醇、水与乙醇的混合液或替代哈龙气体(HFC134a、HFC245fa、HFO1234yf等)，从而将发动机(内燃机)的废热能量回收，将蒸发时的体积变化变换为动力，利用于发动机的轴输出的辅助及发电。
作为将朗肯循环搭载于汽车的装置，有以下结构：具备在EGR气体与工作介质之间进行热交换的蒸发器、以及在从蒸发器流出的工作介质与从涡轮增压器流出的排气之间进行热交换的过热器，通过用从过热器流出的工作介质驱动膨胀器，来将内燃机的排气热进行回收(例如，参照专利文献1)。由此，在具备涡轮增压器及EGR***的内燃机中，高效率地将排气热损失进行回收并作为动力来再生，从而实现了热效率的进一步的改善。
但是，由于来自朗肯循环的动力的输出利用发动机的废热，所以依存于发动机的运转状态，所以在发动机刚启动后、将要停止前或低负荷运转时等的废热能量较低的状态下，不能稳定地输出动力，对于实际油耗的效果不过是几个百分点。
另一方面，有具备朗肯循环以及蒸汽蓄热器的装置(例如，参照专利文献2及专利文献3)。
专利文献2所记载的装置在通常运转时将蒸汽储存到蒸汽蓄热器中，在怠速运转时将主发动机停止，从蒸汽蓄热器释放蒸汽而将朗肯发动机驱动，通过朗肯发动机进行主发动机的再启动。由此，在怠速运转较多的市区行驶中改善了油耗。
此外，专利文献3所记载的装置在发动机的减速燃料切断中进行使用再生动力的再生动力辅助，抑制了基于辅机再生的车辆减速度的增大。由此，增加基于辅机的再生量，改善油耗。此外，通过蒸汽蓄热器使再生动力的产生定时延迟，从而在车辆减速度达到许容减速度的定时开始再生动力辅助，所以在减速最初能够得到适度的减速感并能够抑制减速度过大，实现了对于驾驶者而言较为自然的减速。
这些装置通过将发动机的废热能量储存到蒸汽蓄热器中来控制输出动力的定时，通过在需要时输出动力来实现了油耗的改善，但仅能够利用储存在蒸汽蓄热器中的废热能量，未能高效率地利用发动机的废热能量。此外，如果使蒸汽蓄热器的容量变大，则相应地向车辆的搭载性变差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2012－007500号公报
专利文献2：特开昭58－20911号公报
专利文献3：特开2010－196476号公报
发明内容
用于解决问题的手段
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供以下内燃机的排热回收装置和内燃机的排热回收方法：即使在内燃机刚启动后、将要停止前或低负荷运转时等的不能通过蒸发器将工作介质蒸发的情况下，也能够不使膨胀器所输出的动力降低地进行均衡化，所以能够高效率地利用内燃机的废热。
用于解决问题的手段
用于解决上述目的的本发明的内燃机的排热回收装置，具备朗肯循环，该朗肯循环具有将工作介质进行加压输送的加压输送器、利用内燃机的废热使工作介质蒸发的蒸发器、被从该蒸发器流出的工作介质驱动而输出动力的膨胀器、以及将从该膨胀器流出的工作介质液化的冷凝器，上述内燃机的排热回收装置构成为，具备：蒸汽蓄热器，储存对上述膨胀器进行驱动的工作介质的剩余量即剩余工作介质；以及均衡化线路，在上述膨胀器仅通过从上述蒸发器流出的工作介质不能输出预先设定的动力时，从上述蒸汽蓄热器将所储存的上述剩余工作介质向上述膨胀器释放，将上述膨胀器输出的动力均衡化。
根据该结构，通过具备在膨胀器仅通过从蒸发器流出的工作介质不能输出预先设定的动力时将该动力的输出均衡化的均衡化线路，在内燃机刚启动后、将要停止前或低负荷运转时等的不能用蒸发器将工作介质蒸发的情况下，也从蒸汽蓄热器释放剩余工作介质而驱动膨胀器。由此，抑制动力下降，将膨胀器输出的动力均衡化，所以能够高效率地利用内燃机的废热。并且，通过将该均衡化的动力利用于内燃机的驱动，能够改善油耗。
另外，这里所述的均衡化，在内燃机刚启动后的情况下是指将膨胀器的驱动时间提前，在内燃机将要停止前或低负荷运转时的情况下是指将膨胀器的驱动时间延长。此外，将由膨胀器输出的动力再生的结构，可以使用利用一***的膨胀器的发电***或高低压二***的膨胀器的发电***将由该发电***得到的电能经由电动马达向内燃机的曲柄轴(输出轴)再生的结构、或将膨胀器的旋转经由减速机、增速机或无级变速机等直接向内燃机的曲柄轴再生的结构等。
此外，在上述内燃机的排热回收装置中，具备将从上述蒸发器流出的工作介质向上述膨胀器引导的通常动力输出流路、将从上述蒸发器流出的工作介质向上述蒸汽蓄热器引导的积蓄流路、以及将从上述蒸汽蓄热器流出的工作介质向上述膨胀器引导的均衡化流路；并且，具备控制装置，上述控制装置具有：积蓄机构，在上述通常动力输出流路被开放并用从上述蒸发器流出的工作介质将上述膨胀器驱动之后，在从上述蒸发器流出的工作介质的温度或压力超过产生上述剩余工作介质的剩余判定值时，将上述积蓄流路开放，向上述蒸汽蓄热器储存上述剩余工作介质；以及均衡化机构，当从上述蒸发器流出的工作介质的温度或压力低于上述膨胀器仅通过从上述膨胀器流出的工作介质不能输出预先设定的动力的均衡化判定值时，将上述均衡化流路开放，从上述蒸汽蓄热器将储存的上述剩余工作介质向上述膨胀器释放，将上述膨胀器输出的动力均衡化；由此，根据工作介质的温度或压力，选择仅通过朗肯循环来输出动力、还是通过朗肯循环来输出动力并将此时的剩余量储存到均衡化线路、还是使均衡化线路工作而抑制动力的输出下降，从而能够实现动力的输出的均衡化。
另外，在一***的膨胀器的情况下构成为，均衡化流路在膨胀器的上游与通常动力输出流路合流，而在高低压二***的膨胀器的情况下构成为，通常动力输出流路连接于高压的膨胀器，均衡化流路连接于低压的膨胀器，在膨胀器的下游且冷凝器的上游合流。
除此以外，在上述内燃机的排热回收装置中，如果上述蒸汽蓄热器具备被封入80℃以上且150℃以下的温度下熔化的蓄热材料、两端被堵塞的蓄热管，则除了以通常的蓄能器所具有的蓄压和工作介质的显热进行蓄热的结构以外，还能够得到潜热蓄热的效果，所以在相同的热容下能够使尺寸变小，并且还能够使重量的增加也变少。由此，能够提高向车辆的搭载性。
此外，用于解决上述目的的本发明的内燃机的排热回收方法，利用朗肯循环，该朗肯循环具有将工作介质进行加压输送的加压输送器、利用内燃机的废热使工作介质蒸发的蒸发器、被从该蒸发器流出的工作介质驱动而输出动力的膨胀器、以及将从该膨胀器流出的工作介质液化的冷凝器，上述内燃机的排热回收方法的特征在于，将驱动上述膨胀器的工作介质的剩余量即剩余工作介质储存到蒸汽蓄热器；当上述膨胀器仅通过从上述蒸发器流出的工作介质不能输出预先设定的动力时，从上述蒸汽蓄热器将所储存的上述剩余工作介质向上述膨胀器释放，将上述膨胀器输出的动力均衡化。
进而，在上述内燃机的排热回收方法中，优选的是，在将从上述蒸发器流出的工作介质向上述膨胀器引导的通常动力输出流路被开放、并用从上述蒸发器流出的工作介质将上述膨胀器驱动之后，在从上述蒸发器流出的工作介质的温度或压力超过产生上述剩余工作介质的剩余判定值时，将向上述蒸汽蓄热器引导从上述蒸发器流出的工作介质的积蓄流路开放，向上述蒸汽蓄热器储存上述剩余工作介质；在从上述蒸发器流出的工作介质的温度或压力低于上述膨胀器仅通过从上述膨胀器流出的工作介质不能输出预先设定的动力的均衡化判定值时，将向上述膨胀器引导从上述蒸汽蓄热器流出的工作介质的均衡化流路开放，从上述蒸汽蓄热器将所储存的上述剩余工作介质向上述膨胀器释放，将上述膨胀器输出的动力均衡化。
发明效果
根据本发明，在内燃机刚启动后、将要停止前或低负荷运转时等的用蒸发器不能将工作介质蒸发的情况下，也能够不使膨胀器输出的动力下降地进行均衡化，所以能够高效率地利用内燃机的废热。并且，通过将该动力利用于内燃机的驱动的辅助等，能够改善内燃机的油耗。
附图说明
图1是表示有关本发明的第1实施方式的内燃机的排热回收装置的结构图，表示将通常动力输出流路开放、通过朗肯循环输出动力的状态。
图2是有关本发明的第1实施方式的内燃机的排热回收方法的一部分，表示向蒸汽蓄热器储存剩余工作介质的流程图。
图3是有关本发明的第1实施方式的内燃机的排热回收方法的一部分，表示从蒸汽蓄热器释放剩余工作介质的流程图。
图4是表示有关本发明的第1实施方式的内燃机的排热回收装置的结构图，表示将迂回流路开放、工作介质迂回涡轮的状态。
图5是表示有关本发明的第1实施方式的内燃机的排热回收装置的结构图，表示将均衡化流路开放、通过储存在蒸汽蓄热器中的剩余工作介质输出动力的状态。
图6是表示有关本发明的第1实施方式的内燃机的排热回收装置的结构图，表示将积蓄流路开放、向蒸汽蓄热器储存剩余工作介质的状态。
图7是表示有关本发明的第1实施方式的内燃机的排热回收装置的结构图，表示将均衡化流路开放、通过储存在蒸汽蓄热器中的剩余工作介质输出动力的状态。
图8是表示有关本发明的第2实施方式的内燃机的排热回收装置的结构图，表示将均衡化流路开放、通过储存在蒸汽蓄热器中的剩余工作介质输出动力的状态。
具体实施方式
以下，参照附图对有关本发明的实施方式的内燃机的排热回收装置和内燃机的排热回收方法进行说明。另外，关于附图，将尺寸进行了改变以便容易理解结构，各部件、各零件的板厚、宽度及长度等的比率也并不一定与实际制造的结构的比率一致。
在以下的实施方式中，以柴油发动机为例进行说明，但本发明并不限定于柴油发动机，也能够适用于汽油发动机，其汽缸数及汽缸的排列没有限定。该图1～图4及图7所示的发动机1构成为，从发动机主体2排出的排气从排气歧管(manifold)3经由涡轮增压器4释放至外部，由该涡轮增压器4吸收的空气由空气冷却器5经过冷却输送至吸气歧管6。此外构成为，排气的一部分经由EGR冷却器7从EGR阀8向吸气歧管6回流。除此以外，将发动机主体2及EGR冷却器7冷却而被加温的冷却水经由阀10输送至散热器11，被制冷风扇12冷却。
将该发动机1的废热进行回收并利用的有关本发明的第1实施方式的内燃机的废热回收装置13如图1所示，具备朗肯循环14，该朗肯循环14具备工作介质泵(加压输送器)15、锅炉(蒸发器)16、涡轮(膨胀器)17、凝结器(condenser，冷凝器)18及贮槽(receiver tank，存积槽)19。并且，涡轮17连接在未图示的发电机而输出动力(电力)。
本发明为了使涡轮17的动力的输出均衡化、并将发动机1的废热高效率地利用，构成为，除了上述朗肯循环14以外，还具备：蒸汽蓄热器20，将驱动涡轮17的工作介质的剩余量即剩余工作介质储存；以及均衡化线路21，在涡轮17仅通过来自锅炉16的工作介质不能输出预先设定的动力时从蒸汽蓄热器20向涡轮17释放所储存的剩余工作介质，将涡轮17输出的动力均衡化。
详细地讲，具备将从锅炉16流出的工作介质向涡轮17引导的通常动力输出流路22、将从锅炉16流出的工作介质向蒸汽蓄热器20引导的积蓄流路23、将从蒸汽蓄热器20流出的工作介质向涡轮17引导的均衡化流路24、和使从锅炉16流出的工作介质迂回涡轮17和蒸汽蓄热器20这两者而向凝结器18引导的迂回流路25。
此外，具备ECU(控制装置)26，该ECU26取得从锅炉16流出的工作介质的温度T1及压力P1和蒸汽蓄热器20内的剩余工作介质的温度T2及压力P2，具有将通常动力输出流路22、积蓄流路23、均衡化流路24及迂回流路25分别开放或截断的通常动力输出机构C1、积蓄机构C2、均衡化机构C3及迂回机构C4。
除此以外，在通常动力输出流路22、积蓄流路23、均衡化流路24及迂回流路25中分别具备第一阀V1、第二阀V2、第三阀V3及第四阀V4。进而，具备检测从锅炉16流出的工作介质的温度T1的温度传感器S1、检测蒸汽蓄热器20内的温度T2的温度传感器S2及检测蒸汽蓄热器20内的压力P2的压力传感器S3。
朗肯循环14可以使用周知技术的朗肯循环，但由于还称作有机流体朗肯循环(也称作ORC)或双流体循环的在150℃以下的低温热源下工作的结构在发动机1的低负荷时也能够输出动力，所以是优选的。作为在该低温热源下工作的朗肯循环14的工作介质，优选的是沸点比水低的介质，使用氨(沸点-33.34℃)、乙醇(沸点78.37℃)及代替哈龙气体(HFC134a：沸点-26.2℃，HFC245fa：沸点15.3℃，HFO1234yf：沸点-29.4℃)等。
工作介质泵15可以使用周知技术的泵，但在该实施方式中构成为，与ECU26连接，通过将其转速发送给ECU26，ECU26根据该转速推测工作介质的压力P1。
锅炉16是通过排气的废热使工作介质蒸发的热交换器的一种，将由该锅炉16热交换的排气向EGR冷却器7输送。在该实施方式中，设置了利用排气进行热交换的锅炉16，但也可以使用与冷却水进行热交换的机构。此外，也可以在锅炉16的下游、涡轮17的上游另行设置与排气或冷却水进行热交换、对工作介质进行过热的过热器。
涡轮17是由从锅炉16流出的工作介质驱动而输出动力的膨胀器的一种。在该实施方式中使用了涡轮17，但也可以代替涡轮17而使用活塞、旋转、涡旋或螺旋型的膨胀器。
凝结器18是将从涡轮17吐出的高温且高压的工作介质用水或空气等冷却而使其冷凝(液化)的热交换器的一种，在使用水的朗肯循环中也称作凝汽器。
蒸汽蓄热器20是将工作介质的蒸汽以液体的状态保存的装置，是能够以储存的潜热将蒸汽持续供给的装置。该蒸汽蓄热器20可以使用周知技术的蒸汽蓄热器，但在本发明中优选的是具有更适合于车载的构造。
例如，设有挡板(飞散防止板)或浮体(浮板)等的液面变动防止部的构造、或将从蒸汽蓄热器20的底部到液面之间分隔为细小的房间的小室(cell)构造由于能够抑制由行驶振动等带来的液面变动，所以是优选的。
另一方面，在该实施方式中，蒸汽蓄热器20具备被封入在80℃以上且150℃以下的温度下熔化的蓄热材料20a、两端被堵塞的蓄热管20b而构成。
该蓄热材料20a由于在80℃以上且150℃以下的温度下熔化，所以在其以上的温度下成为熔化的状态，能够储存热。本发明的朗肯循环14由于在150℃以下的低温热源下动作，所以该蓄热材料20a优选的是在150℃以下熔化，人工甜味料的丁四醇的熔化温度是119℃且安全性也较高，所以更为优选。
将上述蓄热材料20a向堵塞了两端的蓄热管20b封入，通过具备多个该蓄热管20b，在相同的热容下将尺寸抑制得较小(例如1/2左右)，所以能够抑制因搭载蒸汽蓄热器20带来的容量和重量的增加，车载的搭载性提高。此外，通过将蓄热材料20a封入到蓄热管20b中，还能够抑制蓄热材料20a的偏倚及流动。
另外，对蒸汽蓄热器20而言，可以考虑在车辆的通常行驶中能够最大限度地蓄热的容量和装置重量增加所带来的对油耗的影响而要求任意的尺寸，这成为该实施方式的最大效率。
ECU26是称作发动机控制单元的控制装置，是通过电气回路承担发动机1的控制的微控制器。在本发明中，该ECU26具备通常动力输出机构C1、积蓄机构C2、均衡化机构C3及迂回机构C4，并从未图示的各种传感器接收车辆信息C5。
通常动力输出机构C1是在仅通过朗肯循环14即仅通过来自锅炉16的工作介质能够驱动涡轮17而输出动力的情况下将通常动力输出流路22开放、在其以外的情况下将通常动力输出流路22截断的机构。详细地讲，是在能够用穿过了锅炉16的工作介质驱动涡轮17时将第一阀V1打开而将通常动力输出流路22开放、用从锅炉16流出的工作介质驱动涡轮17的机构。
积蓄机构C2是在产生了朗肯循环14中的剩余量的剩余工作介质的情况下将积蓄流路23开放、将该剩余工作介质向蒸汽蓄热器20储存、除此以外将积蓄流路23截断的机构。详细地讲，是在用通常动力输出机构C1驱动涡轮17的过程中，当从锅炉16流出的工作介质的温度T1或压力P1超过了产生对涡轮17进行驱动时会剩余的剩余工作介质的剩余判定值A时、将第二阀V2打开而将积蓄流路23开放、将剩余工作介质向蒸汽蓄热器20储存的机构。
另外，这里所述的剩余判定值A可以通过涡轮17的形成及性能或工作介质的种类设定为任意的值，但使用预先根据工作介质的温度T1及压力P1与涡轮17的可输出的动力的关系求出的值。
均衡化机构C3是以下机构：在蒸汽蓄热器20充分储存了剩余工作介质的情况下，当仅通过来自锅炉16的工作介质不能从涡轮17输出预先设定的动力时，将均衡化流路24开放，将该储存的剩余工作介质向涡轮17释放，使涡轮17输出的动力均衡化，除此以外将均衡化流路24截断。
详细地讲，是以下机构：在发动机1刚启动后、将要停止前或低负荷运转时的锅炉16中工作介质没有充分蒸发时，即在从锅炉16流出的工作介质的温度T1或压力P1低于在涡轮17输出预先设定的动力方面成为不足的均衡化判定值B时，将第三阀V3打开，将均衡化流路24开放，用储存的剩余工作介质驱动涡轮17。
另外，这里所述的均衡化判定值B也能够与上述剩余判定值A同样设定为任意的值，但使用预先在锅炉16中工作介质蒸发的值且能够驱动涡轮17的可输出的值。此外，所谓均衡化，具体而言，在发动机1刚启动后的情况下是指将涡轮17的驱动时间提前，在发动机1将要停止前的情况下是指将涡轮17的驱动时间延长，以及在发动机1低负荷运转时的情况下是指抑制涡轮17的动力的输出下降。
迂回机构C4是以下机构：在不能用锅炉16蒸发工作介质的情况下，或者在涡轮17的出入口的压力差变大的情况下，将迂回流路25开放，使穿过了锅炉16的工作介质从涡轮17和蒸汽蓄热器20这两者迂回的机构。
详细地讲，是以下机构：在废热回收装置13启动，为了向涡轮17供给工作介质而使工作介质泵15工作后，设为使涡轮17停止的空运转状态，直到在锅炉16以后、涡轮17的跟前之间被工作介质的蒸汽充满。或者，是为了抑制涡轮17的压力的负荷变得过高而将涡轮17的出入口的压力差消除的机构。
接着，对于使用上述废热回收装置13的排热回收方法的一例，参照图2及图3的流程图和图4～图7进行说明。
首先，对将剩余工作介质向图2所示的蒸汽蓄热器20储存的方法进行说明。以下，是发动机1刚启动后的动作，穿过了锅炉16的工作介质的温度T1及压力P1总是上升。此外，在发动机1启动时，处于第一阀V1、第二阀V2及第三阀V3关闭、第四阀V4打开的状态。
在发动机1刚启动后，如图4所示，处于仅将第四阀V4打开、将迂回流路25开放的状态。由此，使在发动机1刚启动后的锅炉16中没有充分蒸发的状态的工作介质即液相的工作介质、或者液相与气相混合的气液二相流的工作介质不进入到涡轮17中，所以能够抑制涡轮17的损伤或故障。
如果在该状态下发动机1启动，则如图2所示，执行步骤S10，判断蒸汽蓄热器20内的温度T2或压力P2是否比预先设定的释放判定值C大。
另外，这里所述的释放判定值C是剩余工作介质储存在蒸汽蓄热器20中的情况下的值，能够根据蒸汽蓄热器20的容量及蓄热材料20a的种类而设定为任意的值。在该步骤S10中，只要能够判断是否蒸汽蓄热器20在前次的运转时储存剩余工作介质、并通过该储存的剩余工作介质能够将涡轮17驱动就可以，例如也可以构成为，将前次的发动机1的停止时的蒸汽蓄热器20的状态存储。
在步骤S10中判断为通过储存在蒸汽蓄热器20中的剩余工作介质不能将涡轮17驱动的情况下，维持图4所示的发动机1刚启动后的状态。接着，如图2所示，执行步骤S20，检测穿过了锅炉16的工作介质的压力P1达到能够将涡轮17驱动的驱动压力D的情况。
另外，这里所述的驱动压力D，是穿过了锅炉16的工作介质能够将涡轮17驱动的情况下的值，能够根据涡轮17的形成及性能或工作介质的种类设定为任意的值。在该步骤S20中，只要能够检测穿过了锅炉16的工作介质能够将涡轮17驱动的状态就可以，例如也可以为检测工作介质的温度T1和压力P2在工作介质穿过锅炉16时完全成为蒸汽状态的步骤。
接着，进行步骤S30，将第一阀V1打开且将第四阀V4关闭。通过该步骤S30，如图1所示，将通常动力输出流路22开放而将涡轮17驱动，输出动力。此外，将第四阀V4打开而将迂回流路25开放，并且将第一阀V1关闭而将通常动力输出流路22截断，直到能够驱动涡轮17。由此，使液相的工作介质不进入到涡轮17中，所以能够避免涡轮17的损伤或故障。
在步骤S10中判断为能够通过储存在蒸汽蓄热器20中的剩余工作介质将涡轮17驱动的情况下，如图2所示，接着执行将第三阀V3打开的步骤S40。通过该步骤S40，如图5所示，即使在发动机1刚启动后不能通过穿过锅炉16后的工作介质将涡轮17驱动的情况下，也能够通过用储存在蒸汽蓄热器20中的剩余工作介质将涡轮17驱动、将涡轮17的驱动开始时间提前，来将动力的输出均衡化。
接着，如图2所示，执行步骤S50，检测穿过锅炉16的工作介质的压力P1达到能够将涡轮17驱动的驱动压力D的情况、或检测蒸汽蓄热器20内的温度T2或压力P2成为释放判定值C以下的情况。接着，执行将第一阀V1打开、将第三阀V3关闭且将第四阀V4关闭的步骤S60。
接着，执行步骤S70，检测穿过了锅炉16的工作介质的温度T1或压力P1超过剩余判定值A的情况。接着，执行将第二阀V2打开的步骤S80。通过该步骤S80，如图6所示，将在驱动涡轮17的方面成为剩余的剩余工作介质向蒸汽蓄热器20储存。由此，由涡轮17输出动力，同时将剩余工作介质向蒸汽蓄热器20储存，所以能够将发动机1的废热能量没有浪费地利用。
虽然没有图示，但如果在步骤S80后涡轮17的出入口的压力差变大，则只要将第四阀V4打开、使穿过锅炉16而蒸发的工作介质的一部分以迂回流路25迂回，则能够降低涡轮17的负荷、将涡轮17的出入口的压力差消除。
此外，除了迂回流路25的开放以外，也还可以控制工作介质泵15的泵流量。例如，在工作介质的温度120℃、压力5MPa下维持气相的情况下，如果使该工作介质或润滑油等的使用条件的临界温度为150℃、临界压力为9MPa(发生热分解等的临界)，则优选的是控制工作介质泵15的泵流量及迂回流路25的开放或截断，以使得成为使用条件的范围内且维持气相。
对将储存在图3所示的蒸汽蓄热器20中的剩余工作介质释放的方法进行说明。以下，假设是发动机1将要停止前的动作，穿过了锅炉16的工作介质的温度T1及压力P1总是下降。此外，处于第一阀V1及第二阀V2打开、第三阀V3及第四阀V4关闭的状态。
首先，执行步骤S100，检测穿过了锅炉16的工作介质的温度T1或压力P1低于均衡化判定值B的情况。接着，执行将第一阀V1关闭且将第三阀V3打开的步骤S110。
通过该步骤S110，如图7所示，当仅通过发动机1将要停止前或低负荷运转时的穿过了锅炉16的工作介质不能将涡轮17驱动时、或者涡轮17仅通过穿过了锅炉16的工作介质不能输出预先设定的动力时，将储存在蒸汽蓄热器20中的剩余工作介质释放，将涡轮17驱动而将涡轮17的驱动时间延长，抑制发动机1将要停止前或低负荷运转时的动力的输出下降。由此，能够将涡轮17输出的动力均衡化。
另外，在该实施方式中，在步骤S110中将第一阀V1关闭，但只要是液相的工作介质不进入到涡轮17中的状态，也可以将第一阀V1打开，使通常动力输出流路22也开放。但是，由于能够将工作介质的流量节流而维持压力，所以优选的是构成为仅经由蒸汽蓄热器20。
接着，执行步骤S120，检测蒸汽蓄热器20内的温度T2或压力P2成为释放判定值C以下的情况或根据车辆信息C5检测车辆的停止。接着，执行将第二阀V2和第三阀V3关闭且将第四阀V4打开的步骤S130。
根据上述方法，即使在发动机1刚启动后、将要停止前或低负荷运转时等的锅炉16中不能将工作介质充分蒸发的情况下，也从蒸汽蓄热器20将剩余工作介质释放而驱动涡轮17。由此，抑制动力下降，将涡轮17输出的动力均衡化，所以能够高效率地利用发动机1的废热。并且，通过将该均衡化的动力利用于发动机1的驱动，能够改善油耗。
接着，参照图8对有关本发明的第2实施方式的内燃机的排热回收装置30进行说明。该排热回收装置30代替第1实施方式的废热回收装置13的朗肯循环14的涡轮17而具备高低压二***涡轮(膨胀器)31。该高低压二***涡轮31具备通过从锅炉16流出的高压的工作介质来驱动的高压涡轮32、和通过储存在蒸汽蓄热器20中的低压的剩余工作介质来驱动的低压涡轮33。
并且，具备均衡化线路34而构成，所述均衡化线路34将驱动高压涡轮32的工作介质的剩余量即剩余工作介质向蒸汽蓄热器20储存，当高压涡轮32不能输出预先设定的动力时，从蒸汽蓄热器20将储存的剩余工作介质向低压涡轮33释放，将高低压二***涡轮31输出的动力均衡化。
此外，具备将从锅炉16流出的高压的工作介质向高压涡轮32引导的通常动力输出流路35、将从锅炉16流出的工作介质向蒸汽蓄热器20引导的积蓄流路36、将从蒸汽蓄热器20流出的低压的剩余工作介质向低压涡轮33引导的均衡化流路37、和使从锅炉16流出的工作介质从高低压二***涡轮31和蒸汽蓄热器20这两者迂回而向凝结器18引导的迂回流路38，并且具备具有通常动力输出机构C1、积蓄机构C2、均衡化机构C3及迂回机构C4的ECU26。
根据该结构，通过朗肯循环14和具有蒸汽蓄热器20的均衡化线路34，能够将高低压二***涡轮31的动作时间延长，使高低压二***涡轮31的动力的输出均衡化。由此，有效利用发动机1的排热、将输出的动力利用于发动机1的驱动，从而能够大幅改善油耗。
产业上的可利用性
本发明的内燃机的排热回收装置在内燃机刚启动后、将要停止前或低负荷运转时等的用蒸发器不能使工作介质蒸发的情况下，也能够不使膨胀器输出的动力下降而进行均衡化，所以能够高效率地利用内燃机的废热，所以尤其能够利用于搭载柴油发动机的卡车等车辆，能够改善油耗。
附图标记说明
1 发动机(内燃机)
4 涡轮增压器
7 EGR冷却器
13、30 废热回收装置
14 朗肯循环
15 工作介质泵(加压输送器)
16 锅炉(膨胀器)
17 涡轮(蒸发器)
18 凝结器(冷凝器)
20 蒸汽蓄热器
20a 蓄热材料
20b 蓄热管
21、34 均衡化线路
22、35 通常动力输出流路
23、36 积蓄流路
24、37 均衡化流路
25、38 迂回流路
26 ECU
31 高低压二***涡轮(膨胀器)
32 高压涡轮
33 低压涡轮
C1 通常动力输出机构
C2 积蓄机构
C3 均衡化机构
C4 迂回机构
Claims (5)
1.一种内燃机的排热回收装置，具备朗肯循环，该朗肯循环具有将工作介质进行加压输送的加压输送器、通过内燃机的废热使工作介质蒸发的蒸发器、被从该蒸发器流出的工作介质驱动而输出动力的膨胀器、以及使从该膨胀器流出的工作介质液化的冷凝器，该内燃机的排热回收装置的特征在于，具备：
蒸汽蓄热器，储存对所述膨胀器进行驱动的工作介质的剩余量即剩余工作介质；以及
均衡化线路，在所述膨胀器仅通过从所述蒸发器流出的工作介质不能输出预先设定的动力时，从所述蒸汽蓄热器将所储存的所述剩余工作介质向所述膨胀器释放，将所述膨胀器输出的动力均衡化。
2.如权利要求1所述的内燃机的排热回收装置，其特征在于，
具备将从所述蒸发器流出的工作介质向所述膨胀器引导的通常动力输出流路、将从所述蒸发器流出的工作介质向所述蒸汽蓄热器引导的积蓄流路、以及将从所述蒸汽蓄热器流出的工作介质向所述膨胀器引导的均衡化流路；
并且具备控制装置，所述控制装置具有：
积蓄机构，在所述通常动力输出流路被开放并利用从所述蒸发器流出的工作介质将所述膨胀器驱动之后，从所述蒸发器流出的工作介质的温度或压力超过产生所述剩余工作介质的剩余判定值时，将所述积蓄流路开放，向所述蒸汽蓄热器储存所述剩余工作介质；以及
均衡化机构，在从所述蒸发器流出的工作介质的温度或压力低于所述膨胀器仅通过从所述膨胀器流出的工作介质不能输出预先设定的动力的均衡化判定值时，将所述均衡化流路开放，从所述蒸汽蓄热器将所储存的所述剩余工作介质向所述膨胀器释放，将所述膨胀器输出的动力均衡化。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的排热回收装置，其特征在于，
所述蒸汽蓄热器具备蓄热管，该蓄热管被封入在80℃以上且150℃以下的温度下熔化的蓄热材料，并且两端被堵塞。
4.一种内燃机的排热回收方法，利用朗肯循环，该朗肯循环具有将工作介质进行加压输送的加压输送器、通过内燃机的废热使工作介质蒸发的蒸发器、被从该蒸发器流出的工作介质驱动而输出动力的膨胀器、以及使从该膨胀器流出的工作介质液化的冷凝器，所述内燃机的排热回收方法的特征在于，
将对所述膨胀器进行驱动的工作介质的剩余量即剩余工作介质向蒸汽蓄热器储存；
在所述膨胀器仅通过从所述蒸发器流出的工作介质不能输出预先设定的动力时，从所述蒸汽蓄热器将所储存的所述剩余工作介质向所述膨胀器释放，将所述膨胀器输出的动力均衡化。
5.如权利要求4所述的内燃机的排热回收方法，其特征在于，
在将从所述蒸发器流出的工作介质向所述膨胀器引导的通常动力输出流路被开放、并利用从所述蒸发器流出的工作介质将所述膨胀器驱动之后，从所述蒸发器流出的工作介质的温度或压力超过产生所述剩余工作介质的剩余判定值时，将向所述蒸汽蓄热器引导从所述蒸发器流出的工作介质的积蓄流路开放，向所述蒸汽蓄热器储存所述剩余工作介质；
在从所述蒸发器流出的工作介质的温度或压力低于所述膨胀器仅通过从所述膨胀器流出的工作介质不能输出预先设定的动力的均衡化判定值时，将向所述膨胀器引导从所述蒸汽蓄热器流出的工作介质的均衡化流路开放，从所述蒸汽蓄热器将所储存的所述剩余工作介质向所述膨胀器释放，将所述膨胀器输出的动力均衡化。
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