JP2011149373A - Waste heat recovery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ランキンサイクルシステムを利用してエンジン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 device that recovers engine waste heat using a Rankine cycle system.
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では、エンジンの廃熱により発生する蒸気をタービンへ導入してタービンを稼働し、機械的動力や電気エネルギーを回収する。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 A waste heat recovery device that recovers waste heat generated by driving an internal combustion engine (engine) using a Rankine cycle is known. In such a waste heat recovery device, steam generated by the waste heat of the engine is introduced into the turbine to operate the turbine, and mechanical power and electrical energy are recovered. For example, Patent Document 1 discloses an improved version of such a waste heat recovery apparatus.
特許文献1の廃熱回収システムは、衝動タービンに過熱蒸気を噴射する複数のノズルを備え、過熱蒸気の圧力に応じて複数のノズルにおける過熱蒸気の噴射の有無を切り替え得るように構成されている。特許文献1によると、この廃熱回収システムは、過熱蒸気の流量、圧力の変化する幅広い範囲のエンジン運転状態で高いエネルギー回収効率を得る。 The waste heat recovery system of Patent Document 1 includes a plurality of nozzles that inject superheated steam into an impulse turbine, and is configured to be able to switch the presence or absence of superheated steam injection at the plurality of nozzles according to the pressure of the superheated steam. . According to Patent Document 1, this waste heat recovery system obtains high energy recovery efficiency in a wide range of engine operating conditions in which the flow rate and pressure of superheated steam change.
ところが、このような廃熱回収装置において、エンジンの負荷や回転数が低下するような運転状態のとき、エンジンの廃熱により発生する蒸気の量が減少し、タービンにおける動力回収ができなくなることが考えられる。特許文献1では、このように蒸気量が減少し、動力回収ができなくなる場合を想定していない。ところで、このように蒸気の状態によりタービンにおける動力回収ができなくなる場合、蒸気をタービンへ導入せずにバイパスする構成が想定される。しかしながら、蒸気が導入されなくなることによりタービンが停止してしまい、再度、蒸気量が増加してタービンを稼働する際に、タービンへ蒸気を導入してから動力回収が可能となる回転数に到達するまでに時間を要する。このように、タービンを停止してしまうことにより、効率よくエネルギーを回収することが妨げられる。 However, in such a waste heat recovery device, the amount of steam generated by the waste heat of the engine is reduced and the power recovery in the turbine cannot be performed when the engine load and the rotational speed are reduced. Conceivable. Patent Document 1 does not assume a case where the amount of steam is thus reduced and power recovery cannot be performed. By the way, when it becomes impossible to recover the power in the turbine due to the state of the steam as described above, a configuration is assumed in which the steam is bypassed without being introduced into the turbine. However, when the steam is not introduced, the turbine is stopped, and when the amount of steam is increased and the turbine is operated again, the rotation speed at which the power can be recovered after the steam is introduced into the turbine is reached. It takes time to complete. Thus, by stopping the turbine, efficient energy recovery is prevented.
そこで、本発明は、蒸気量の減少により動力回収のできなくなった状態からタービンにおける動力回収を再開する場合に効率良くエネルギーを回収することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to efficiently recover energy when power recovery in a turbine is resumed from a state where power recovery cannot be performed due to a decrease in the amount of steam.
かかる課題を解決する本発明の廃熱回収装置は、ランキンサイクルを構成しエンジンの廃熱を回収する廃熱回収装置において、エンジンの廃熱により発生した蒸気が導入されて稼働する膨張機と、前記膨張機の動力軸と連結して作動する動力入力部を有するエネルギー回収手段と、前記動力軸と前記動力入力部とを連結、及び開放するクラッチと、を備え、前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーが第1の所定値を下回るときに、前記膨張機への蒸気の導入を継続しつつ、前記クラッチを開放することを特徴とする。 The waste heat recovery apparatus of the present invention that solves such a problem is a waste heat recovery apparatus that constitutes a Rankine cycle and recovers engine waste heat, and an expander that operates by introducing steam generated by engine waste heat; An energy recovery means having a power input section that operates in connection with the power shaft of the expander; and a clutch that connects and releases the power shaft and the power input section, and is introduced into the expander. When the energy of the steam falls below a first predetermined value, the clutch is released while continuing to introduce the steam into the expander.
このような構成とすることにより、膨張機へ導入する蒸気量が減少し、動力の回収ができなくなる場合にも、膨張機を停止せずに駆動した状態で維持できる。これにより、蒸気量が増加し、動力回収を再開する際に、膨張機が動力を回収する状態となるまでの時間を短縮し、エネルギーを効率よく回収できる。なお、第1の所定量とは、膨張機において動力回収可能な蒸気の最少量である。 By adopting such a configuration, even when the amount of steam introduced into the expander decreases and power cannot be recovered, the expander can be maintained in a driven state without being stopped. As a result, when the amount of steam increases and power recovery is resumed, the time required for the expander to recover power can be shortened, and energy can be recovered efficiently. The first predetermined amount is the minimum amount of steam that can be recovered by the expander.
このような廃熱回収装置において、前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーが前記第1の所定値を下回る場合、前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーに応じて、前記動力入力部の第1の慣性駆動期間を考慮し、前記第1の慣性駆動期間中、前記クラッチを連結した状態とすることができる。 In such a waste heat recovery apparatus, when the energy of the steam introduced into the expander is lower than the first predetermined value, the power input section of the power input unit is changed according to the energy of the steam introduced into the expander. In consideration of one inertial drive period, the clutch can be engaged during the first inertial drive period.
膨張機へ導入される蒸気のエネルギーが動力回収不可と判断される場合であっても、膨張機は慣性により駆動し続けるため、一定期間、動力回収が可能である。上記の構成とすることにより、可能な限り蒸気のエネルギーを回収するため、エネルギーの回収効率を向上することができる。 Even when it is determined that the energy of the steam introduced into the expander cannot recover the power, the expander continues to be driven by inertia, so that the power can be recovered for a certain period. With the above configuration, the energy of the steam is recovered as much as possible, so that the energy recovery efficiency can be improved.
このような廃熱回収装置において、前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーが前記第1の所定値よりも小さい第2の所定値以下となる場合に前記蒸気が前記膨張機をバイパスするバイパス手段を備えた構成とすることができる。 In such a waste heat recovery apparatus, when the energy of the steam introduced into the expander becomes equal to or less than a second predetermined value smaller than the first predetermined value, the bypass means for bypassing the expander with the steam It can be set as the structure provided with.
蒸気のエネルギーが低下した場合、膨張機内で蒸気が凝縮するおそれがある。膨張機内で蒸気が凝縮した場合、凝縮した液体が膨張機の動作のフリクションとなり、タービン翼が損傷する可能性がある。上記構成としたことにより、蒸気のエネルギーが、蒸気が凝縮するおそれのある第2の所定値となる場合、膨張機への蒸気の導入を抑制する。これにより、膨張機内における蒸気の凝縮が防止されるので、膨張機のフリクションが減少すると同時にタービン翼の損傷を防止できる。 When the energy of the steam decreases, the steam may condense in the expander. When the vapor condenses in the expander, the condensed liquid may become the friction of the expander operation and damage the turbine blades. With the above configuration, when the energy of the steam becomes the second predetermined value at which the steam may condense, introduction of the steam into the expander is suppressed. As a result, condensation of steam in the expander is prevented, so that the friction of the expander is reduced and at the same time damage to the turbine blades can be prevented.
このような廃熱回収装置において、前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーが前記第2の所定値以下となる場合、前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーに応じて、前記動力入力部の第2の慣性駆動期間を考慮し、前記第2の慣性駆動期間中、所定時間前記膨張機へ蒸気の導入を継続することができる。 In such a waste heat recovery apparatus, when the energy of the steam introduced into the expander is equal to or less than the second predetermined value, the power input unit In consideration of the second inertial drive period, the introduction of steam into the expander can be continued for a predetermined time during the second inertial drive period.
蒸気の凝縮が生じるほど膨張機へ導入される蒸気のエネルギーが低下した場合であっても、膨張機が慣性により駆動し続けることにより、即座に蒸気が凝縮を開始しない。この期間においても、膨張機を駆動し続けることにより、蒸気のエネルギーが回復した際に、早急に動力の回収へ移行し、エネルギーの回収効率を向上できる。 Even when the energy of the steam introduced into the expander decreases so that the condensation of the steam occurs, the steam does not immediately start condensing because the expander continues to be driven by inertia. Even during this period, by continuing to drive the expander, when the steam energy is recovered, it is possible to quickly move to power recovery and improve the energy recovery efficiency.
このような廃熱回収装置において、エンジンの廃熱を回収して発生した蒸気量に基づいて、前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーを推定することができる。 In such a waste heat recovery apparatus, the energy of the steam introduced into the expander can be estimated based on the amount of steam generated by recovering the waste heat of the engine.
これにより、容易に計測することの困難な蒸気のエネルギーを推定することができる。また、蒸気量は、エンジンの負荷、エンジン回転数、機関温度等から推定することができる。また、膨張機へ導入される蒸気の圧力を測定する圧力測定手段を備え、この圧力測定手段の測定値に基づいてクラッチの連結、または開放を決定することができる。 This makes it possible to estimate steam energy that is difficult to measure easily. The amount of steam can be estimated from engine load, engine speed, engine temperature, and the like. In addition, pressure measuring means for measuring the pressure of the steam introduced into the expander is provided, and the clutch engagement or disengagement can be determined based on the measurement value of the pressure measuring means.
このような構成とすることにより、膨張機へ導入される蒸気量が、動力の回収ができなくなるような所定量以下となる場合にも、膨張機へ蒸気を導入して膨張機を空転させることができる。これにより、蒸気量が増加し、動力回収を再開する際に、膨張機が動力回収可能な状態となるまでの時間を短縮し、廃熱のエネルギーを効率よく回収できる。 By adopting such a configuration, even when the amount of steam introduced into the expander becomes a predetermined amount or less that makes it impossible to recover power, the steam is introduced into the expander to idle the expander. Can do. As a result, when the amount of steam increases and power recovery is resumed, the time until the expander becomes capable of recovering power can be shortened, and waste heat energy can be recovered efficiently.
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施例1について図面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100に組み込まれている。
Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. 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
エンジン100は、エンジン本体2を備えており、エンジン本体2はシリンダヘッド21、シリンダブロック22を有する。シリンダブロック22内には、ピストン3が摺動可能に配置されている。ピストン3は、コンロッド31によりクランクシャフト32と連結している。また、シリンダヘッド21、シリンダブロック22の内部には、冷媒の通過するウォータジャケット41、42が形成されている。
The
廃熱回収装置1は、冷媒が流れる冷媒通路5、過熱器6、衝動タービン7、コンデンサ8、ウォータポンプ9を備えている。冷媒通路5は、シリンダヘッド21に形成されたウォータジャケット41と過熱器6とを接続する配管51、過熱器6と衝動タービン7とを接続する配管52、衝動タービン7とコンデンサ8とを接続する配管53、コンデンサ8とウォータポンプ9とを接続する配管54、ウォータポンプ9と、シリンダブロック22に形成されたウォータジャケット42とを接続する配管55とにより、構成されている。すなわち、冷媒通路5はシリンダヘッド21側のウォータジャケット41とシリンダブロック22側のウォータジャケット42とを接続するループ状の循環通路を形成している。そして、この冷媒通路5上に、シリンダヘッド21側から過熱器6、衝動タービン7、コンデンサ8、ウォータポンプ9が順に配置されて廃熱回収装置1が構成されている。
The waste heat recovery apparatus 1 includes a refrigerant passage 5 through which refrigerant flows, a superheater 6, an
冷媒は、エンジン100の運転により過熱されるシリンダヘッド21、シリンダブロック22から熱を回収してシリンダヘッド21、シリンダブロック22を冷却するとともに、蒸発して蒸気となる。シリンダヘッド21に形成されたウォータジャケット41の上部には、蒸発した蒸気が集まり、配管51へ流れ出る。
The refrigerant collects heat from the
エンジン本体2内で発生した蒸気は、配管51内を通過し、過熱器6に流入する。過熱器6は、エンジン本体2の燃焼後に排出される排気ガスを取り込み、蒸気と排気ガスとの間で熱交換させる。これにより、蒸気は排気ガスの熱により過熱される。こうして排気ガスにより過熱されて高温になった蒸気は、配管52を通過して、衝動タービン7へ導入される。
The steam generated in the engine body 2 passes through the
衝動タービン7は内部へ導入される高温の蒸気が膨張することにより蒸気のエネルギーを取り出し機械エネルギーへ変換する膨張機である。図2は衝動タービン7と電磁クラッチ10との概略構成を示した説明図である。図2に示すように、衝動タービン7は、蒸気が導入される導入口71、蒸気が導出される導出口72、動力軸73、動力軸73に結合したタービンホイール74とを備えている。電磁クラッチ10は、コイル11と、動力入力部に相当するロータ12を備えている。電磁クラッチ10において、コイル11が通電されることにより、動力軸73とロータ12との間に封入された電磁粒子が結合し、動力軸73とロータ12とが係合される。また、ロータ12は、プーリ13と結合されている。プーリ13は、図1に示すクランクシャフト32に結合したクランクプーリ33とベルト14を介して連結されている。したがって、電磁クラッチ10は、コイル11が通電された場合、衝動タービン7の動力軸73とクランクシャフト32とを連結する。この場合、衝動タービン7の動力軸73とクランクシャフト32とが連動し、衝動タービン7からクランクシャフト32へ動力が伝達される。衝動タービン7の動力軸73とクランクシャフト32とが連結した状態で、衝動タービン7に流入する蒸気が一定量を超えるとき、蒸気により回収された廃熱のエネルギーを、クランクシャフト32の回転をアシストする補助動力として回収できる。一方、電磁クラッチ10はコイル11への通電を停止した場合、衝動タービン7への動力軸73とクランクシャフト32との連結を開放する。これにより、衝動タービン7の回転はクランクシャフト32へ伝達されず、衝動タービン7は空転する。衝動タービン7内で膨張した後の蒸気は導出口72から配管53へ導出される。
The
衝動タービン7内から導出された蒸気は配管53を通りコンデンサ8へ流入する。コンデンサ8は、大気を取り込み、流入した蒸気と熱交換させる。これにより、コンデンサ8へ流入した蒸気は冷却されて凝縮し、液相の冷媒へと変化する。コンデンサ8内において液相となった冷媒は、ウォータポンプ9により吸引、圧送されて配管54、55を通り、シリンダブロック22に形成されたウォータジャケット42へと供給される。このように、廃熱回収装置1は、冷媒を作動流体、エンジン本体2を蒸気発生源、衝動タービン7を膨張機として、廃熱のエネルギーを回収するエネルギー回収手段を備え、ランキンサイクルシステムを形成している。
Steam derived from the
また、配管52には三方弁15が組み込まれている。三方弁15の開口部151、152は、配管52の上流側、下流側のそれぞれに向かって設けられており、開口部153には、バイパス通路16の一端が接続されている。バイパス通路16の他端は衝動タービン7の下流側で配管53に接続されている。三方弁15は、開口部151と開口部152とを接続する、過熱器6からの蒸気を衝動タービン7へ送る通路と、開口部151と開口部153とを接続する、過熱器6からの蒸気をバイパス通路16へ送る通路とを切り替える。
Further, the three-
さらに、廃熱回収装置1はECU(Electronic Control Unit)17を備えている。上記のコイル11への通電はECU17により制御される。すなわち、ECU17は電磁クラッチ10による衝動タービン7の動力軸73とクランクシャフト32との連結、開放状態を制御する。また、三方弁15とECU17とは電気的に接続され、ECU17により三方弁15の通路の切替が制御される。
Further, the waste heat recovery apparatus 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 17. The energization of the
次に、ECU17による電磁クラッチ10、三方弁15の切替の制御について説明する。本制御において、ECU17は衝動タービン7へ導入される蒸気のエネルギーが第1の所定値以下となるときに、衝動タービン7への蒸気の導入を継続しつつ、電磁クラッチ10を開放する。特に、ECU17は、エンジン本体2の廃熱を回収して発生した蒸気量に基づいて、衝動タービン7へ導入される蒸気のエネルギーを推定する。以下の説明において、蒸気量の所定量A1は蒸気のエネルギーが第1の所定値である場合に相当し、蒸気量の所定量A2は蒸気のエネルギーが第2の所定値である場合に相当する。
Next, switching control of the
図3は電磁クラッチ10、三方弁15の切替についての制御を示したフローである。以下、図3のフローについて説明する。ECU17はステップS11で三方弁15の開口部151と開口部152とを接続する。また、ECU17はコイル11へ通電し、電磁クラッチ10を結合し、衝動タービン7の動力軸73とクランクシャフト32とを連結させる。この状態において、エンジン本体2から排出された蒸気から動力を回収する。ECU17はステップS11の処理を終えるとステップS12へ進む。
FIG. 3 is a flow showing control for switching the
ECU17はステップS12でマップから衝動タービン7へ導入される蒸気の量を取得する。マップはエンジン回転数、エンジン負荷が変化した際の過熱器6の下流における蒸気量を予め計測して作成されたものである。図4はこのようなマップの一例を示した説明図である。図4に示すように、マップの縦軸はトルク(エンジン負荷)、横軸はエンジン回転数を示している。マップ上の曲線は蒸気量の等しい点を結んだ線である。この蒸気量の等量線はグラフ上の原点から遠ざかるほど多くなる。ステップS12では、ECU17はエンジン100のトルクと回転数とをマップに照合し、衝動タービン7へ導入される蒸気量を取得する。ECU17はステップS12を終えるとステップS13へ進む。
In step S12, the
ECU17はステップS13において、ステップS12で取得した蒸気量が所定量A1を下回り、所定量A2より多いか否かを判断する。衝動タービン7に流入する蒸気の量が動力回収可能な量から減少し続けると、衝動タービン7を稼働することができてもクランクシャフト32の回転を補助するだけの動力が得られなくなる。所定量A1は、クランクシャフト32において動力の回収ができる最低限必要な蒸気の量である。すなわち、蒸気の量が所定量A1を下回る場合、クランクシャフト32では廃熱から回収したエネルギーによる補助動力が得られない。また、補助動力が得られないどころか、衝動タービン7の動力軸73とクランクシャフト32とが連結した状態であると、動力軸73を回転させるためのフリクションがかかり、燃費を悪化させる。一方、所定量A2は所定量A1よりもさらに少ない量である。ウォータジャケット41、42内で交換される熱量が減少する場合、排気ガスの温度も低下するため、発生する蒸気量が減少するとともに蒸気の温度も低下する。蒸気量が減少し、蒸気の温度がさらに低下し続けると、凝縮が始まる。所定量A2は、タービンが一定回転数以上を保つために必要な蒸気量である。ECU17は衝動タービン7へ流入する蒸気量が所定量A1を下回り、所定量A2より多いと判断した場合、ステップS14へ進む。
In step S13, the
ECU17はステップS14で、電磁クラッチ10のコイル11への通電を停止する。これにより、衝動タービン7の動力軸73とロータ12との結合が開放され、動力軸73のトルクがクランクシャフト32へ伝達されなくなり、衝動タービン7が空転する。このとき、動力の回収は行われないが、蒸気は衝動タービン7へ導入されているため、衝動タービン7は稼働した状態で維持される。これにより、再度、エンジンのトルク、回転数が上昇し、衝動タービン7へ導入される蒸気量が所定量A1以上になる場合、衝動タービン7の回転数が速やかに動力回収可能な回転数に到達する。このように動力回収までの時間が短縮されるため、廃熱のエネルギーの回収効率が向上する。また、蒸気量が所定量A1を下回る場合に衝動タービン7の動力軸73とクランクシャフト32との結合を開放するため、クランクシャフト32から動力軸73へ伝達されるトルクが抑えられて燃費の悪化が抑制される。ECU17はステップS14の処理を終えると、ステップS15へ進む。
In step S14, the
ECU17はステップS15で、タービン回転数が所定値N1を下回るか否かを判断する。発生する蒸気量が減少すると蒸気の温度も低下し、蒸気量の減少が続くと蒸気の凝縮が始まる。所定値N1は蒸気の量が所定量A2のときのタービン回転数である。タービン回転数が所定値N1を下回ると、衝動タービン7内で凝縮して発生した液体の冷媒がタービンホイール74が回転する際の抵抗となり、動力回収時に回収効率を低下させる。ECU17はタービン回転数が所定値N1を下回ると判断した場合、ステップS16へ進む。
In step S15, the
ECU17はステップS16で、三方弁15の開口部151と開口部153とを接続し、配管52を流れる蒸気をバイパス通路16へ送る。また、ECU17はコイル11への通電を停止し、衝動タービン7の動力軸73とロータ12との結合を開放する。これにより、動力軸73とクランクシャフト32との連結状態が開放される。この処理により、衝動タービン7内へ蒸気が導入されることが抑制され、衝動タービン7内で蒸気が凝縮することが防がれる。従って、衝動タービン7内に液相の冷媒が溜まることによるタービンホイール74の回転の抵抗増加が防止され、廃熱のエネルギーの回収効率の低下を抑制する。
In step S <b> 16, the
ECU17は、ステップS16の処理を終えると、ステップS12へ進み、再度、蒸気量の判断を行う処理を繰り返す。
After completing the process of step S16, the
また、ECU17はステップS15でタービン回転数が所定値N1を下回らないと判断した場合にも、ステップS12へ進み、再度、蒸気量の判断を行う処理を繰り返す。
Further, when the
ところで、ECU17はステップS13で、衝動タービン7へ流入する蒸気量が所定量A1以上、または、所定量A2以下であると判断した場合、ステップS17へ進む。
When the
ECU17はステップS17で、衝動タービン7へ流入する蒸気量が所定量A2以下であるか否か判断する。ECU17は衝動タービン7へ流入する蒸気量が所定量A2以下である場合、ステップS16へ進む。一方、ECU17は衝動タービン7へ流入する蒸気量が所定量A2以下でない場合、すなわち、所定量A1以上である場合、ステップS11へ進む。
In step S17, the
ステップS17の処理によると、衝動タービン7へ流入する蒸気量が所定量A2以下である場合、衝動タービン7へ流入する蒸気が衝動タービン7内で凝縮することがあるため、ECU17は、三方弁15により、蒸気が衝動タービン7をバイパスする流路へ変更する。また、補助動力も得られず、フリクションの増加となるため、ECU17は、電磁クラッチ10を開放する。一方、衝動タービン7へ流入する蒸気量が所定量A1以上である場合、衝動タービン7により補助動力が回収可能であるため、ECU17は、三方弁15によりそのまま配管52の流路を維持し、電磁クラッチ10の結合状態を維持する。
According to the process of step S17, when the amount of steam flowing into the
以上より、衝動タービン7へ導入される蒸気量が、補助動力の回収ができない量である場合、廃熱回収装置1は、電磁クラッチ10を開放して衝動タービン7を空転させる。これにより、衝動タービン7の動力軸73の回転にかかるフリクションを低減し、燃費悪化を抑制する。さらに、衝動タービン7が継続して稼働しているため、蒸気量が動力回収できる量になった場合に、早期に衝動タービン7を回収可能な回転数に上昇することができ、廃熱のエネルギーの回収効率が向上する。
As described above, when the amount of steam introduced into the
また、衝動タービン7へ導入される蒸気量が、蒸気が衝動タービン7内で凝縮するような量である場合は、衝動タービン7への蒸気の導入を停止し、衝動タービン7内に液体冷媒が溜まることを抑制する。これにより、衝動タービン7の動力軸73の回転抵抗を減少させ、エネルギー回収効率の低下を抑制する。
When the amount of steam introduced into the
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例はECU17による電磁クラッチ10、及び三方弁15についての制御が異なる点で実施例1と相違する。本実施例において、ECU17は、衝動タービン7へ導入される蒸気のエネルギーが第1の所定値を下回る場合、慣性駆動期間を考慮し、衝動タービン7へ導入される蒸気のエネルギーに応じて、所定時間、電磁クラッチ10を連結した状態とする。また、ECU17は、衝動タービン7へ導入される蒸気のエネルギーが第2の所定値以下となる場合、慣性駆動期間を考慮し、衝動タービン7へ導入される蒸気のエネルギーに応じて、所定時間、衝動タービン7へ蒸気の導入を継続する。さらに、実施例1同様に、ECU17は、エンジン本体2の廃熱を回収して発生した蒸気量に基づいて、衝動タービン7へ導入される蒸気のエネルギーを推定する。なお、本実施例の廃熱回収装置は、実施例1の廃熱回収装置1と同様の構成をしている。従って、装置の構成について実施例1と同様の番号を用いて説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that the control of the
図5は本実施例における電磁クラッチ10、及び三方弁15についての制御のフローである。本実施例の制御のフローは、実施例1のフローと略同様である。本実施例の制御は、ステップS14に代えてステップS21、ステップS16に代えて、ステップS22を行う点で実施例1の制御と異なる。なお、図5のフロー中、実施例1の図3のフローと同様の処理については、同一のステップ番号を付し、その詳細な説明は省略する。
FIG. 5 is a control flow for the
ECU17は、ステップS21で、S1秒経過後、電磁クラッチ10のコイル11への通電を停止する。衝動タービン7へ導入される蒸気量が、動力回収が不可となる所定量A1を下回る場合であっても、蒸気量が所定量A1を下回っても暫くの間は、衝動タービン7が慣性により回り続けるため、動力の回収が可能となる慣性駆動期間が存在する。このような慣性駆動期間S1秒は、ステップS12で取得された蒸気量とこの状態の蒸気温度によって決定する。この蒸気温度は、配管内に設置した温度センサから取得することや、蒸気温度と相関関係のある他の温度情報に基づく、マップから算出することができる。
In step S21, the
また、ECU17は、ステップS22で、S2秒経過後、三方弁15の開口部151と開口部153とを接続し、配管52を流れる蒸気をバイパス通路16へ送る。エンジン本体2において発生する蒸気量が、衝動タービン7内にて凝縮するおそれがある所定量A2以下となる場合であっても、蒸気量が所定量A2となっても暫くの間は、衝動タービン7が慣性により回り続けるため、タービンの回転数が所定値N1以上となる慣性駆動期間が存在する。このような期間の間に蒸気量が所定量A2を上回る場合、衝動タービン7の空転が維持されているため、さらに蒸気量が増加し、動力回収可能な所定量A1以上となった場合に、速やかに動力回収へと移行できる。このような慣性駆動期間S2は、ステップS12で取得された蒸気量とこの状態の蒸気温度によって決定する。この蒸気温度は、ステップS21同様の方法で取得することができる。
In step S22, the
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、ステップS12においてマップにより推定した蒸気量は、エンジンの機関温度に基づいて推定することもできる。また、配管52内に圧力センサを備え、衝動タービン7へ導入される蒸気の圧力を測定し、圧力センサの測定値に基づいて蒸気量を算出し、電磁クラッチ10を制御することもできる。
For example, the steam amount estimated from the map in step S12 can be estimated based on the engine temperature of the engine. Further, a pressure sensor can be provided in the
1 廃熱回収装置
2 エンジン本体
7 衝動タービン
10 電磁クラッチ
11 コイル
12 ロータ
13 プーリ
15 三方弁
16 バイパス通路
17 ECU
32 クランクシャフト
73 動力軸
100 エンジン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waste heat recovery apparatus 2 Engine
32
Claims (5)
エンジンの廃熱により発生した蒸気が導入されて稼働する膨張機と、
前記膨張機の動力軸と連結して作動する動力入力部を有するエネルギー回収手段と、
前記動力軸と前記動力入力部とを連結、及び開放するクラッチと、
を備え、
前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーが第1の所定値を下回るときに、前記膨張機への蒸気の導入を継続しつつ、前記クラッチを開放することを特徴とする廃熱回収装置。 In the waste heat recovery equipment that constitutes the Rankine cycle and recovers engine waste heat,
An expander that operates by introducing steam generated by engine waste heat;
Energy recovery means having a power input that operates in conjunction with the power shaft of the expander;
A clutch for connecting and releasing the power shaft and the power input unit;
With
The waste heat recovery apparatus, wherein when the energy of the steam introduced into the expander falls below a first predetermined value, the clutch is released while continuing the introduction of the steam into the expander.
前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーが前記第1の所定値を下回る場合、前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーに応じて、前記動力入力部の第1の慣性駆動期間を考慮し、前記第1の慣性駆動期間中、前記クラッチを連結した状態とすることを特徴とする廃熱回収装置。 The waste heat recovery apparatus according to claim 1,
When the energy of the steam introduced into the expander is less than the first predetermined value, depending on the energy of the steam introduced into the expander, taking into account the first inertial drive period of the power input unit, The waste heat recovery apparatus, wherein the clutch is engaged during the first inertial drive period.
前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーが前記第1の所定値よりも小さい第2の所定値以下となる場合に前記蒸気が前記膨張機をバイパスするバイパス手段を備えたことを特徴とする廃熱回収装置。 The waste heat recovery apparatus according to claim 1 or 2,
Waste comprising: bypass means for bypassing the expander when the energy of the steam introduced into the expander is equal to or less than a second predetermined value that is smaller than the first predetermined value. Heat recovery device.
前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーが前記第2の所定値以下となる場合、前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーに応じて、前記動力入力部の第2の慣性駆動期間を考慮し、前記第2の慣性駆動期間中、所定時間前記膨張機へ蒸気の導入を継続することを特徴とする廃熱回収装置。 The waste heat recovery apparatus according to claim 3,
When the energy of the steam introduced into the expander is equal to or less than the second predetermined value, the second inertial drive period of the power input unit is taken into account according to the energy of the steam introduced into the expander. The waste heat recovery apparatus is characterized in that the introduction of steam to the expander is continued for a predetermined time during the second inertial drive period.
エンジンの廃熱を回収して発生した蒸気量に基づいて、前記膨張機へ導入される蒸気のエネルギーを推定することを特徴とする廃熱回収装置。 The waste heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A waste heat recovery apparatus that estimates energy of steam introduced into the expander based on an amount of steam generated by recovering waste heat of an engine.
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