JP5012588B2 - Waste heat recovery device - Google Patents

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Description

本発明は廃熱回収装置、特にエンジンを熱源とし、熱源からの廃熱を駆動装置の動力と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 device, and more particularly, to a waste heat recovery device that recovers waste heat from a heat source as power of a drive device using an engine as a heat source.

タービンと、コンプレッサと、その間に設置した排気冷却装置とを備え、排気熱を動力に変換する廃熱回収装置において、エンジン冷却水の廃熱を利用した吸収冷凍機を新たに設け、排気を冷却した冷媒の放熱をこの吸収冷凍機の蒸発器により行うものがある（特許文献１参照）。
特開２００２−１８８４３８号公報 A waste heat recovery device that includes a turbine, a compressor, and an exhaust cooling device installed between them, and that converts exhaust heat into power, newly installs an absorption chiller that uses the waste heat of engine cooling water to cool the exhaust Some refrigerants dissipate heat by the evaporator of this absorption refrigerator (see Patent Document 1).
JP 2002-188438 A

ところで、上記特許文献１の技術のように、タービンから出た排気を冷却するための冷却媒体の放熱に吸収冷凍機を利用するのでは、吸収冷凍機の構成が、精留器、凝縮器、吸収器、蒸発器を備えるなど複雑であるため大型化し、自動車に搭載するにしても大きなスペースが必要となってしまう。   By the way, as in the technique of the above-mentioned Patent Document 1, when the absorption refrigerator is used for heat radiation of the cooling medium for cooling the exhaust gas discharged from the turbine, the configuration of the absorption refrigerator is a rectifier, a condenser, Since it is complicated, such as having an absorber and an evaporator, the size is increased and a large space is required even if it is mounted on an automobile.

そこで本発明は、自動車でも容易に搭載し得る軽量でスペースをとらない廃熱回収装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a waste heat recovery device that can be easily mounted even in an automobile and does not take up space.

本発明は、エンジン（１）からの排気を、タービン（２）に導いて大気圧より低い値である負圧にまで膨張させた後に熱交換器（３）に導いて冷却し、この冷却した排気をタービン（２）と同軸のコンプレッサ（４）で負圧から大気圧まで圧縮して排出することで動力として取り出す廃熱回収装置において、冷却水を吐出してエンジンのウォータジャケット（１２）に供給するウォータポンプ（１４）と、ウォータジャケット（１２）から出た冷却水を冷却するラジエータ（１３）とを少なくとも含む冷却装置と、前記ウォータポンプ（１４）出口と前記ラジエータ（１３）入口とを接続する第１の通路（４１）と、この第１の通路（４１）から分岐して、冷却水が流れる前記熱交換器内の管路（３Ｂ）の一端と接続される第２の通路（４２）と、前記管路（３Ｂ）の他端とウォータジャケット（１２）のエンジン出口とを接続する第３の通路（４３）と、前記第２の通路（４２）の前記第１の通路（４１）からの分岐部に設けられる三方弁（４４）とを備え、エンジンの冷機始動時に前記ウォータポンプ（１４）出口と前記第１、第２の通路（４１、４２）との連通が遮断されかつ前記第１の通路（４１）と第２の通路（４２）とが連通されるように、エンジンの暖機完了後には前記ウォータポンプ出口と前記第１の通路（４１）との連通が遮断されかつ前記ウォータポンプ（１４）出口と前記第２の通路（４２）とが連通するように前記三方弁（４４）を制御する。 In the present invention, the exhaust from the engine (1) is led to the turbine (2) and expanded to a negative pressure which is lower than the atmospheric pressure, and then led to the heat exchanger (3) to be cooled. In a waste heat recovery device that extracts exhaust gas as power by compressing the exhaust gas from a negative pressure to an atmospheric pressure with a compressor (4) coaxial with the turbine (2) and discharging it, cooling water is discharged to the water jacket (12) of the engine. A cooling device including at least a water pump (14) to be supplied and a radiator (13) for cooling the cooling water discharged from the water jacket (12); an outlet of the water pump (14); and an inlet of the radiator (13) A first passage (41) to be connected and a second passage (branch from the first passage (41) and connected to one end of the pipe (3B) in the heat exchanger through which the cooling water flows ( 42 A third passage (43) connecting the other end of the pipe (3B) and the engine outlet of the water jacket (12), and the first passage (41) of the second passage (42). And a three-way valve (44) provided at a branch portion from which the communication between the outlet of the water pump (14) and the first and second passages (41, 42) is interrupted when the engine is cold. The communication between the outlet of the water pump and the first passage (41) is interrupted after completion of warming up of the engine so that the first passage (41) and the second passage (42) are communicated with each other. The three-way valve (44) is controlled so that the outlet of the water pump (14) communicates with the second passage (42).

本発明によれば、エンジンからの排気を、タービンに導いて負圧にまで膨張させた後に熱交換器に導いて冷却し、この冷却した排気をタービンと同軸のコンプレッサで負圧から大気圧まで圧縮して排出することで動力として取り出す廃熱回収装置において、冷却水を吐出してエンジンのウォータジャケットに供給するウォータポンプと、ウォータジャケットから出た冷却水を冷却するラジエータとを少なくとも含む冷却装置と、前記ウォータポンプ出口と前記ラジエータ入口とを接続する第１の通路と、この第１の通路から分岐して、冷却水が流れる前記熱交換器内の管路の一端と接続される第２の通路と、前記管路の他端とウォータジャケットのエンジン出口とを接続する第３の通路と、前記第２の通路の前記第１の通路からの分岐部に設けられる三方弁とを備え、エンジンの冷機始動時に前記ウォータポンプ出口と前記第１、第２の通路との連通が遮断されかつ前記第１の通路と第２の通路とが連通されるように、エンジンの暖機完了後には前記ウォータポンプ出口と前記第１の通路との連通が遮断されかつ前記ウォータポンプ出口と前記第２の通路とが連通するように前記三方弁を制御するので、エンジンの冷機時に熱交換器内で排気熱により暖められたエンジン冷却水をウォータジャケットに循環させることが可能となり、自動車への搭載性が向上する上にさらにエンジンの暖機完了を早めることができる。なお、エンジンの暖機完了後には三方弁を切換えることで、熱交換器３内で加熱された冷却水はラジエータ１３に戻って放熱するため、エンジン暖機完了後のエンジン冷却性能を悪化させることなく廃熱回収できる。 According to the present invention, exhaust from an engine is led to a turbine and expanded to a negative pressure and then led to a heat exchanger to be cooled, and the cooled exhaust is cooled from a negative pressure to an atmospheric pressure by a compressor coaxial with the turbine. In a waste heat recovery apparatus for extracting power as a power by compressing and discharging, a cooling apparatus including at least a water pump that discharges cooling water and supplies the cooling water to an engine water jacket, and a radiator that cools the cooling water discharged from the water jacket And a first passage connecting the water pump outlet and the radiator inlet, and a second branch branched from the first passage and connected to one end of a pipe in the heat exchanger through which cooling water flows. , A third passage connecting the other end of the pipe line and the engine outlet of the water jacket, and a branch portion of the second passage from the first passage. The water pump outlet and the first and second passages are blocked from each other and the first passage and the second passage are communicated with each other when the engine is cold. After the engine is warmed up, the three-way valve is controlled so that the communication between the water pump outlet and the first passage is interrupted and the water pump outlet and the second passage are communicated. It becomes possible to circulate the engine cooling water heated by the exhaust heat in the heat exchanger during the cold operation to the water jacket, so that the mountability to the automobile is improved and the completion of the warm-up of the engine can be further accelerated. In addition, since the cooling water heated in the heat exchanger 3 returns to the radiator 13 to dissipate heat by switching the three-way valve after the engine warm-up is completed, the engine cooling performance after the engine warm-up is completed is deteriorated. Without waste heat recovery.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明に対する第１参考例の廃熱回収装置の概略構成を示している。エンジン１の排気管１１には、エンジン１からの排気を負圧まで膨張させるためのタービン２と、タービン２から出た排気を負圧下で冷却するための熱交換器３と、タービン１と同軸上にあって熱交換器３により冷却された排気を負圧から常圧（大気圧）まで圧縮するためのコンプレッサ４とを備え、タービン１、コンプレッサ４と同軸上に発電機８を設けている。排気エネルギーによりタービン２を駆動することで発電機８が働き、これにより排気エネルギーが電気エネルギーとして回収される。これは、いわゆる逆ブレイトンサイクルにより駆動力を得ることで廃熱回収を行うもので、図４が本発明の廃熱回収装置の基本構成となる。ここで、上記の「負圧」とは大気圧より低い圧力のことである。 FIG. 1 shows a schematic configuration of a waste heat recovery apparatus of a first reference example according to the present invention. An exhaust pipe 11 of the engine 1 includes a turbine 2 for expanding the exhaust from the engine 1 to a negative pressure, a heat exchanger 3 for cooling the exhaust discharged from the turbine 2 under a negative pressure, and a coaxial with the turbine 1. And a compressor 4 for compressing exhaust gas cooled by the heat exchanger 3 from negative pressure to normal pressure (atmospheric pressure), and a generator 8 is provided coaxially with the turbine 1 and the compressor 4. . The generator 8 works by driving the turbine 2 with the exhaust energy, whereby the exhaust energy is recovered as electric energy. In this method, waste heat is recovered by obtaining a driving force by a so-called reverse Brayton cycle. FIG. 4 shows a basic configuration of the waste heat recovery apparatus of the present invention. Here, the “negative pressure” means a pressure lower than the atmospheric pressure.

エンジン１には、シリンダブロック及びシリンダヘッドを被覆するように形成されるウォータジャケット１２、ラジエータ１３、ウォータポンプ１４、サーモスタット１５、バイパス通路１６からなる冷却装置が設けられている。   The engine 1 is provided with a cooling device including a water jacket 12, a radiator 13, a water pump 14, a thermostat 15, and a bypass passage 16 formed so as to cover the cylinder block and the cylinder head.

この場合に、第１参考例では、タービン２からの排気を冷却するための熱交換器３と、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータ１３とを一体化している。すなわち、熱交換器３は、高温の排気と低温の冷却媒体との間で熱交換を行わせる直接式熱交換器であり、高温の状態で入ってきて熱を放出する排気が流れる管路３Ａと、低温の状態で入ってきて熱を受けとる冷却媒体が流れる管路３Ｂとからなっている。一方、ラジエータ１３内には、ウォータジャケット１２のエンジン出口１２Ａから出た高温の冷却水を外気で冷却するためのチューブ１３Ａが設けられるが、このチューブ１３Ａと並列に第２のチューブ１３Ｂがラジエータ１３内に設けられ、この第２のチューブ１３Ｂと上記熱交換器３内の管路３Ｂとが２つの通路２１、２２によって直列に接続され、一つの循環路２３を形成している。言い替えると、熱交換器３内の管路３Ｂ、通路２１、ラジエータ１３内の第２のチューブ１３Ｂ、通路２２の４つから冷却媒体の循環路２３が構成されている。 In this case, in the first reference example , the heat exchanger 3 for cooling the exhaust from the turbine 2 and the radiator 13 for cooling the engine coolant are integrated. That is, the heat exchanger 3 is a direct heat exchanger that exchanges heat between the high-temperature exhaust gas and the low-temperature cooling medium, and the pipe line 3A through which the exhaust gas that enters at a high temperature and releases heat flows. And a conduit 3B through which a cooling medium that enters in a low temperature state and receives heat flows. On the other hand, the radiator 13 is provided with a tube 13A for cooling the high-temperature cooling water discharged from the engine outlet 12A of the water jacket 12 with outside air. A second tube 13B is provided in parallel with the tube 13A. The second tube 13 </ b> B and the pipe line 3 </ b> B in the heat exchanger 3 are connected in series by two passages 21 and 22 to form one circulation path 23. In other words, the cooling medium circulation path 23 is constituted by the pipe 3 </ b> B in the heat exchanger 3, the passage 21, the second tube 13 </ b> B in the radiator 13, and the passage 22.

そして、この循環路２３には循環路２３内の冷却媒体を循環させるためのポンプ２４が設けられている。このポンプ２４の作動、非作動はエンジンコントローラ（図示しない）によりコントロールする。   The circulation path 23 is provided with a pump 24 for circulating the cooling medium in the circulation path 23. The operation and non-operation of the pump 24 are controlled by an engine controller (not shown).

第１参考例は、エンジン冷却水の循環路とは別に、熱交換器３に流す冷却媒体を循環させる循環路２３を設けているので、循環路２３を循環させるに用いる冷却媒体はエンジン冷却水に限られない。もちろん、エンジン冷却水を用いてもかまわない。 In the first reference example , a circulation path 23 that circulates the cooling medium that flows to the heat exchanger 3 is provided separately from the engine cooling water circulation path. Therefore, the cooling medium used to circulate the circulation path 23 is engine cooling water. Not limited to. Of course, engine cooling water may be used.

このように構成されると、エンジンの運転中にエンジンコントローラによりポンプ２４を駆動することで、循環路２３を冷却媒体が流れる。熱交換器３内の管路３Ａを流れる高温の排気は熱交換器３のもう一つの管路３Ｂを流れる冷却媒体との間で熱交換を行って、温度低下しコンプレッサ４へと送られる。一方、熱交換器３内の管路３Ｂを流れる冷却媒体は管路３Ａを流れる高温の排気との熱交換で昇温して熱交換器３の外に出る。この昇温した冷却媒体は通路２２からラジエータ１３内の第２チューブ１３Ｂに導かれ、外気によって冷却される。冷却された冷却媒体はラジエータ１３の外に出て、通路２１を通って熱交換器３の管路３Ｂに戻され、再び管路３Ａを通る排気から熱をもらって上昇する。このようにして、熱交換器３内の管路３Ａを流れる排気が循環路２３を流れる冷却媒体によって冷却されることとなる。   If comprised in this way, a cooling medium will flow through the circulation path 23 by driving the pump 24 by an engine controller during an engine driving | operation. The hot exhaust gas flowing through the pipe line 3 </ b> A in the heat exchanger 3 exchanges heat with the cooling medium flowing through the other pipe line 3 </ b> B of the heat exchanger 3, drops in temperature, and is sent to the compressor 4. On the other hand, the cooling medium flowing through the pipe line 3B in the heat exchanger 3 rises in temperature by heat exchange with the high-temperature exhaust gas flowing through the pipe line 3A and goes out of the heat exchanger 3. The heated cooling medium is guided from the passage 22 to the second tube 13B in the radiator 13 and cooled by outside air. The cooled cooling medium goes out of the radiator 13, returns to the pipe 3B of the heat exchanger 3 through the passage 21, and rises again with heat from the exhaust gas passing through the pipe 3A. In this way, the exhaust gas flowing through the pipe 3 </ b> A in the heat exchanger 3 is cooled by the cooling medium flowing through the circulation path 23.

第１参考例によれば、エンジン１からの排気を、タービン２に導いて負圧にまで膨張させた後に熱交換器３に導いて冷却し、この冷却した排気をタービン２と同軸のコンプレッサ４で負圧から大気圧まで圧縮して排出することで動力として取り出す廃熱回収装置において、冷却水を吐出してエンジンのウォータジャケット１２に供給するウォータポンプ１４と、ウォータジャケット１２から出た冷却水を冷却するラジエータ１３とを少なくとも含む冷却装置を備え、タービン２を出た排気を冷却するための冷却媒体を熱交換器３に流すと共に、冷却水とは別にこの熱交換器３に流す冷却媒体をもラジエータ１３により冷却している。すなわち、熱交換器３をラジエータ１３と一体化しているので、装置全体で軽量化及び省スペース化が図れることから自動車への搭載性が向上する。 According to the first reference example , the exhaust from the engine 1 is led to the turbine 2 and expanded to a negative pressure and then cooled to the heat exchanger 3, and the cooled exhaust is compressed by the compressor 4 coaxial with the turbine 2. In the waste heat recovery apparatus that extracts as power by compressing and discharging from negative pressure to atmospheric pressure, a water pump 14 that discharges cooling water and supplies it to the water jacket 12 of the engine, and cooling water discharged from the water jacket 12 A cooling device including at least a radiator 13 for cooling the cooling medium, and a cooling medium for cooling the exhaust gas exiting the turbine 2 is allowed to flow to the heat exchanger 3 and to the heat exchanger 3 separately from the cooling water. Is also cooled by the radiator 13. That is, since the heat exchanger 3 is integrated with the radiator 13, weight reduction and space saving can be achieved in the entire apparatus, so that mounting on an automobile is improved.

図２は第２参考例の廃熱回収装置の概略構成を示し、図１と同一部分には同一の符号を付している。 FIG. 2 shows a schematic configuration of the waste heat recovery apparatus of the second reference example , and the same parts as those in FIG.

第２参考例は、熱交換器３においてタービン２からの排気を冷却するための冷却媒体にエンジン冷却装置に用いているエンジン冷却水をそのまま流用するものである。すなわち、エンジン冷却水は、ラジエータ１３の出口１３Ｃから出た後にウォータポンプ１４を通り、エンジン本体内のウォータジャケット１２に向かうのであるが、ウォータポンプ１４の下流で分岐して熱交換器３内の管路３Ｂの一端３Ｃ（右端）と接続される分岐通路３１と、管路３Ｂの他端３Ｄ（左端）と接続され、ラジエータ１３の入口１３Ｄに合流する戻し通路３２とが設けられている。 In the second reference example , the engine cooling water used in the engine cooling device is used as it is as a cooling medium for cooling the exhaust from the turbine 2 in the heat exchanger 3. That is, the engine coolant passes through the water pump 14 after exiting from the outlet 13C of the radiator 13 and travels toward the water jacket 12 in the engine body. However, the engine coolant branches downstream of the water pump 14 and flows into the heat exchanger 3. A branch passage 31 connected to one end 3C (right end) of the conduit 3B and a return passage 32 connected to the other end 3D (left end) of the conduit 3B and joined to the inlet 13D of the radiator 13 are provided.

このように構成されると、ラジエータ出口１３Ｃから出た冷たい冷却水は、エンジン本体内のウォータジャケット１２に流れ込む。シリンダブロック及びシリンダヘッドとの熱交換で暖められるウォータジャケット１２内の冷却水は、エンジン出口１２Ａからエンジン本体の外に出てラジエータ１３の入口１３Ｄよりラジエータ１３内のチューブ１３Ａを流れここで放熱する。また、ラジエータ出口１３Ｃから出た冷たい冷却水はウォータポンプ１４出口より分岐通路３１を経て熱交換器３内の管路３Ｂを流れる。熱交換器３内の管路３Ａを流れる排気により暖められた管路３Ｂ内の冷却水も、戻し通路３２を介してラジエータ１３の入口１３Ｄよりラジエータ１３内のチューブ１３Ａを流れここで放熱する。すなわち、ラジエータ１３内のチューブ１３Ａ、分岐通路３１、熱交換器３内の管路３Ｂ、戻し通路３２の４つからエンジン冷却水の循環路が形成されている。   If comprised in this way, the cold cooling water which came out of the radiator exit 13C will flow into the water jacket 12 in an engine main body. Cooling water in the water jacket 12 heated by heat exchange with the cylinder block and the cylinder head goes out of the engine body from the engine outlet 12A, flows through the tube 13A in the radiator 13 from the inlet 13D of the radiator 13, and dissipates heat here. . Further, the cold cooling water that has exited from the radiator outlet 13 </ b> C flows through the pipe 3 </ b> B in the heat exchanger 3 through the branch passage 31 from the outlet of the water pump 14. The cooling water in the pipe 3B heated by the exhaust gas flowing through the pipe 3A in the heat exchanger 3 also flows through the tube 13A in the radiator 13 from the inlet 13D of the radiator 13 through the return path 32 and radiates heat. That is, an engine coolant circulation path is formed by four of the tube 13A in the radiator 13, the branch passage 31, the pipe 3B in the heat exchanger 3, and the return passage 32.

第２参考例によれば、エンジン１からの排気を、タービン２に導いて負圧にまで膨張させた後に熱交換器３に導いて冷却し、この冷却した排気をタービン２と同軸のコンプレッサ４で負圧から大気圧まで圧縮して排出することで動力として取り出す廃熱回収装置において、冷却水を吐出してエンジンのウォータジャケット１２に供給するウォータポンプ１４と、ウォータジャケット１２から出た冷却水を冷却するラジエータ１３とを少なくとも含む冷却装置を備え、タービン２を出た排気を冷却するための冷却水を熱交換器３に流すと共に、この冷却水をラジエータ１３により冷却している。すなわち、冷却媒体（冷却水）を一系統化できるため、自動車への搭載性が向上する上にさらに装置を簡略にすることができる。 According to the second reference example , the exhaust from the engine 1 is guided to the turbine 2 and expanded to a negative pressure and then cooled to the heat exchanger 3, and the cooled exhaust is compressed by the compressor 4 coaxial with the turbine 2. In the waste heat recovery apparatus that extracts as power by compressing and discharging from negative pressure to atmospheric pressure, a water pump 14 that discharges cooling water and supplies it to the water jacket 12 of the engine, and cooling water discharged from the water jacket 12 And a cooling device including at least a radiator 13 for cooling the cooling water. The cooling water for cooling the exhaust discharged from the turbine 2 is supplied to the heat exchanger 3, and the cooling water is cooled by the radiator 13. That is, since the cooling medium (cooling water) can be integrated into one system, the mountability to the automobile is improved and the apparatus can be further simplified.

また、低負荷走行時には、ラジエータ１３の放熱能力を有効に利用することができるため、装置全体を軽量化及び省スペース化できる。   Moreover, since the heat dissipation capability of the radiator 13 can be used effectively during low-load traveling, the entire device can be reduced in weight and space.

図３は本発明の第１実施形態の廃熱回収装置の概略構成を示し、図１と同一部分には同一の符号を付している。 FIG. 3 shows a schematic configuration of the waste heat recovery apparatus according to the first embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG.

第１実施形態は、熱交換器３においてタービン２からの排気を冷却するための冷却媒体にエンジン冷却水を用いる点は第２参考例と同じであるが、さらにエンジンの冷機時にエンジン１の暖機を補助し、エンジン１の暖機完了を促進させるようにしたものである。すなわち、ウォータポンプ１４出口から分岐してラジエータ１３の入口に合流する第１の通路４１と、この第１の通路４１のうち、ウォータポンプ１４出口に近い位置から分岐して熱交換器３内の管路３Ｂの一端３Ｃ（右端）と接続される第２の通路４２と、管路３Ｂの他端３Ｄ（左端）と接続され、ウォータジャケット１２のエンジン出口１２Ａに近い位置１２Ｂ（あるいはウォータジャケット１２のエンジン出口１２Ａ）に合流する第３の通路４３とが設けられ、第２の通路４２の第１の通路４１からの分岐部に三方弁４４が介装されている。 The first embodiment is the same as the second reference example in that the engine cooling water is used as a cooling medium for cooling the exhaust from the turbine 2 in the heat exchanger 3, but the engine 1 is warmed up when the engine is cooled. The machine is assisted and the completion of warm-up of the engine 1 is promoted. That is, the first passage 41 that branches from the outlet of the water pump 14 and joins the inlet of the radiator 13, and the first passage 41 branches from a position near the outlet of the water pump 14 and branches in the heat exchanger 3. A second passage 42 connected to one end 3C (right end) of the pipe line 3B and a position 12B (or the water jacket 12) close to the engine outlet 12A of the water jacket 12 connected to the other end 3D (left end) of the pipe line 3B. And a third passage 43 that merges with the engine outlet 12A), and a three-way valve 44 is interposed at a branch portion of the second passage 42 from the first passage 41.

三方弁４４は、エンジンの冷機時にウォータポンプ１４出口と２つの通路４１、４２の連通を遮断しかつ第２の通路４２と第１の通路４１とを連通し、エンジンの暖機完了後には、ウォータポンプ１４出口と第１の通路４１との連通を遮断しかつウォータポンプ１４出口と第２の通路４２とを連通するものである。この三方弁４４の切換はエンジンコントローラ（図示しない）により行う。   The three-way valve 44 shuts off the communication between the outlet of the water pump 14 and the two passages 41, 42 when the engine is cold, and communicates the second passage 42 and the first passage 41. The communication between the outlet of the water pump 14 and the first passage 41 is cut off, and the outlet of the water pump 14 and the second passage 42 are communicated. The three-way valve 44 is switched by an engine controller (not shown).

このように構成されると、エンジン冷機時に、三方弁４４はウォータポンプ１４出口と２つの通路４１、４２との連通を遮断しかつ第２の通路４２と第１の通路４１とを連通する。また、エンジン冷機時にサーモスタット１５は閉じている。このとき、エンジン冷却水は、ウォータジャケット１２で暖められて、シリンダブロック後端部（左端部）にあるエンジン出口１２Ａから出たあと、バイパス通路１６を通ってウォータポンプ１４入口へと戻され、再びウォータジャケット１２で暖められる、というサイクルを繰り返すことで、昇温していき、エンジン本体も昇温してゆく。また、冷却水の一部はウォータジャケット１２のエンジン出口１２Ａに近い位置１２Ｂから出て第３の通路４３を経由して熱交換器５内の管路３Ｂを流れ、ここで排気からの熱を受けとって昇温する。この熱交換器３により暖められ出てきた冷却水は、第２の通路４２、三方弁４４から第１の通路４１、ラジエータ１３内のチューブ１３Ａを経てウォータポンプ１４入口へと戻され、再びウォータジャケット１２のエンジン出口１２Ａに近い位置１２Ｂから出て第３の通路４３を経由して熱交換器５内の管路３Ｂを流れ、ここで排気からの熱を受けとって昇温する、というサイクルを繰り返す。このように、エンジン冷却水は、シリンダブロック、シリンダヘッドとの熱交換により昇温するだけでなく、熱交換器３においてタービン２からの高温の排気によっても昇温するので、その分だけエンジン１の暖機完了を早めることができる。   With this configuration, when the engine is cold, the three-way valve 44 blocks communication between the outlet of the water pump 14 and the two passages 41 and 42 and connects the second passage 42 and the first passage 41. Further, the thermostat 15 is closed when the engine is cold. At this time, the engine coolant is warmed by the water jacket 12 and exits from the engine outlet 12A at the rear end (left end) of the cylinder block, and then returns to the water pump 14 inlet through the bypass passage 16, By repeating the cycle of warming with the water jacket 12 again, the temperature rises and the temperature of the engine body also rises. A part of the cooling water exits from the position 12B near the engine outlet 12A of the water jacket 12 and flows through the third passage 43 through the pipe 3B in the heat exchanger 5, where the heat from the exhaust is removed. Receive and heat up. The cooling water warmed out by the heat exchanger 3 is returned from the second passage 42 and the three-way valve 44 to the inlet of the water pump 14 through the first passage 41 and the tube 13A in the radiator 13, and again into the water pump. A cycle in which the jacket 12 exits from the position 12B near the engine outlet 12A and flows through the third passage 43 through the pipe 3B in the heat exchanger 5 where the temperature is raised by receiving heat from the exhaust. repeat. In this way, the engine coolant temperature rises not only by heat exchange with the cylinder block and cylinder head, but also by the high-temperature exhaust from the turbine 2 in the heat exchanger 3, and accordingly, the engine 1 is increased by that amount. The warm-up completion can be accelerated.

エンジン１の暖機が完了すると、三方弁４４はウォータポンプ１４出口と第１の通路４１との連通を遮断しかつウォータポンプ１４出口と第２の通路４２とを連通する。このときの冷却水の流れ方は、第２参考例と同様である。すなわち、ウォータポンプ１４からの冷たい冷却水が三方弁４４、第２の通路４２を介して熱交換器３内の管路３Ｂを流れ、ここでタービン２からの排気より熱を奪って、ウォータジャケット１２のエンジン出口１２Ａに近い位置１２Ｂからウォータジャケット１２に戻る。ここからは、エンジン本体内よりウォータジャケット１２のエンジン出口１２Ａに出てくる高温の冷却水と共に、ラジエータ１３に流れて冷却されたあと、ウォータポンプ１４入口に戻される。 When the warm-up of the engine 1 is completed, the three-way valve 44 blocks communication between the outlet of the water pump 14 and the first passage 41 and connects the outlet of the water pump 14 and the second passage 42. The flow of the cooling water at this time is the same as in the second reference example . That is, the cold cooling water from the water pump 14 flows through the pipe 3B in the heat exchanger 3 through the three-way valve 44 and the second passage 42, where heat is taken away from the exhaust from the turbine 2, and the water jacket 12 returns to the water jacket 12 from a position 12B near the engine outlet 12A. From here, together with the high-temperature cooling water coming out from the engine body to the engine outlet 12A of the water jacket 12, it flows into the radiator 13 and is cooled, and then returned to the water pump 14 inlet.

第１実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、エンジン１からの排気を、タービン２に導いて負圧にまで膨張させた後に熱交換器３に導いて冷却し、この冷却した排気をタービン２と同軸のコンプレッサ４で負圧から大気圧まで圧縮して排出することで動力として取り出す廃熱回収装置において、冷却水を吐出してエンジンのウォータジャケット１２に供給するウォータポンプ１４と、ウォータジャケット１２から出た冷却水を冷却するラジエータ１３とを少なくとも含む冷却装置と、ウォータポンプ１４出口とラジエータ１３入口とを接続する第１の通路４１と、この第１の通路４１から分岐して、冷却水が流れる熱交換器内の管路３Ｂの一端３Ｃと接続される第２の通路４２と、管路３Ｂの他端３Ｄとウォータジャケット１２のエンジン出口１２Ａに近い位置１２Ｂとを接続する第３の通路４３と、第２の通路４２の第１の通路４１からの分岐部に設けられる三方弁４４とを備え、エンジンの冷機始動時にウォータポンプ１４出口と第１、第２の通路４１、４２との連通が遮断されかつ第１の通路４１と第２の通路４２とが連通されるように、エンジンの暖機完了後にはウォータポンプ１４出口と第１の通路４１との連通が遮断されかつウォータポンプ１４出口と第２の通路４２とが連通するように三方弁４４を制御するので、エンジンの冷機時に熱交換器３内で排気熱により暖められたエンジン冷却水をウォータジャケット１２に循環させることが可能となり、自動車への搭載性が向上する上にさらにエンジンの暖機完了を早めることができる。なお、エンジンの暖機完了後には三方弁４４を切換えることで、熱交換器３内で加熱された冷却水はラジエータ１３に戻って放熱するため、エンジン暖機完了後のエンジン冷却性能を悪化させることなく廃熱回収できる。 According to the first embodiment (the invention described in claim 1 ), the exhaust from the engine 1 is led to the turbine 2 and expanded to a negative pressure, and then led to the heat exchanger 3 to be cooled. A water pump 14 that discharges cooling water and supplies it to an engine water jacket 12 in a waste heat recovery device that extracts exhaust gas as power by compressing the exhaust gas from a negative pressure to an atmospheric pressure by a compressor 4 coaxial with the turbine 2 , A cooling device including at least a radiator 13 that cools the cooling water discharged from the water jacket 12, a first passage 41 that connects the outlet of the water pump 14 and the inlet of the radiator 13, and a branch from the first passage 41. The second passage 42 connected to the one end 3C of the conduit 3B in the heat exchanger through which the cooling water flows, the other end 3D of the conduit 3B, and the end of the water jacket 12 are connected. And a three-way valve 44 provided at a branch portion from the first passage 41 of the second passage 42 to connect the position 12B close to the engine outlet 12A. 14 after the engine warm-up is completed so that the communication between the 14 outlet and the first and second passages 41 and 42 is blocked and the first passage 41 and the second passage 42 are communicated. Since the three-way valve 44 is controlled so that the communication between the first passage 41 and the outlet of the water pump 14 is communicated with the second passage 42, the exhaust heat is generated in the heat exchanger 3 when the engine is cold. It is possible to circulate the warmed engine cooling water to the water jacket 12, so that the mountability to the automobile is improved and the warm-up completion of the engine can be further accelerated. In addition, since the cooling water heated in the heat exchanger 3 returns to the radiator 13 to dissipate heat by switching the three-way valve 44 after the engine warm-up is completed, the engine cooling performance after the engine warm-up is completed is deteriorated. Waste heat can be recovered without any problems.

第１実施形態では、ウォータジャケット１２のエンジン出口１２Ａに近い位置１２Ｂと熱交換器３内の管路３Ｂの左端３Ｄとを接続している場合で説明したが、これに限られるものでない。例えば、ウォータジャケット１２のエンジン出口１２Ａからの高温の冷却水を暖房用のヒータ（熱交換器）に導き、ここで放熱して温度低下した冷却水をウォータポンプ１４の上流に戻すものがある。こうしたものでは、ヒータ出口と熱交換器３内の管路３Ｂの左端３Ｄとを接続すればよい。 Although 1st Embodiment demonstrated the case where the position 12B near the engine exit 12A of the water jacket 12 and the left end 3D of the pipe line 3B in the heat exchanger 3 were connected, it is not restricted to this. For example, there is one in which high-temperature cooling water from the engine outlet 12A of the water jacket 12 is led to a heater (heat exchanger) for heating, and the cooling water whose temperature is reduced by radiating here is returned to the upstream of the water pump 14. In such a thing, what is necessary is just to connect a heater exit and the left end 3D of the pipe line 3B in the heat exchanger 3. FIG.

本発明に対する第１参考例の廃熱回収装置の概略構成図。The schematic block diagram of the waste-heat recovery apparatus of the 1st reference example with respect to this invention. 第２参考例の廃熱回収装置の概略構成図。The schematic block diagram of the waste-heat recovery apparatus of the 2nd reference example . 本発明の第１実施形態の廃熱回収装置の概略構成図。 1 is a schematic configuration diagram of a waste heat recovery apparatus according to a first embodiment of the present invention . 本発明の廃熱回収装置の基本構成図。The basic block diagram of the waste heat recovery apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ エンジン本体
２ タービン
３ 熱交換器
３Ａ 管路
３Ｂ 管路
４ コンプレッサ
８ 発電機
１１ 排気管
１２ ウォータジャケット
１３ ラジエータ
１３Ｂ 第２のチューブ
１４ ウォータポンプ
２３ 循環路
３１、３２ 通路
４１ 第１の通路
４２ 第２の通路
４３ 第３の通路
４４ 三方弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine main body 2 Turbine 3 Heat exchanger 3A Pipe line 3B Pipe line 4 Compressor 8 Generator 11 Exhaust pipe 12 Water jacket 13 Radiator 13B 2nd tube 14 Water pump 23 Circulation path 31, 32 Passage 41 First passage 42 First 2 passages 43 3rd passage 44 Three-way valve

Claims (1)

エンジンからの排気を、タービンに導いて大気圧より低い値である負圧にまで膨張させた後に熱交換器に導いて冷却し、この冷却した排気をタービンと同軸のコンプレッサで負圧から大気圧まで圧縮して排出することで動力として取り出す廃熱回収装置において、
冷却水を吐出してエンジンのウォータジャケットに供給するウォータポンプと、ウォータジャケットから出た冷却水を冷却するラジエータとを少なくとも含む冷却装置と、
前記ウォータポンプ出口と前記ラジエータ入口とを接続する第１の通路と、
この第１の通路から分岐して、冷却水が流れる前記熱交換器内の管路の一端と接続される第２の通路と、
前記管路の他端とウォータジャケットのエンジン出口とを接続する第３の通路と、
前記第２の通路の前記第１の通路からの分岐部に設けられる三方弁と
を備え、
エンジンの冷機始動時に前記ウォータポンプ出口と前記第１、第２の通路との連通が遮断されかつ前記第１の通路と第２の通路とが連通されるように、エンジンの暖機完了後には前記ウォータポンプ出口と前記第１の通路との連通が遮断されかつ前記ウォータポンプ出口と前記第２の通路とが連通するように前記三方弁を制御することを特徴とする廃熱回収装置。 The exhaust from the engine is led to the turbine and expanded to a negative pressure that is lower than the atmospheric pressure, then led to a heat exchanger to be cooled, and the cooled exhaust is cooled from a negative pressure to an atmospheric pressure by a compressor coaxial with the turbine. In the waste heat recovery device that takes out as power by compressing and discharging to
A cooling device that includes at least a water pump that discharges the cooling water and supplies the water jacket to the engine water jacket, and a radiator that cools the cooling water discharged from the water jacket ;
A first passage connecting the water pump outlet and the radiator inlet;
A second passage branched from the first passage and connected to one end of a conduit in the heat exchanger through which cooling water flows;
A third passage connecting the other end of the pipe line and the engine outlet of the water jacket;
A three-way valve provided at a branch portion of the second passage from the first passage;
With
After completion of warming up of the engine, the communication between the outlet of the water pump and the first and second passages is interrupted and the first passage and the second passage are communicated when the engine is cold-started. The waste heat recovery apparatus , wherein the three-way valve is controlled so that communication between the water pump outlet and the first passage is blocked and the water pump outlet and the second passage are in communication .
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