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JP2014190170A - Waste heat regeneration system - Google Patents

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JP2014190170A
JP2014190170A JP2013063953A JP2013063953A JP2014190170A JP 2014190170 A JP2014190170 A JP 2014190170A JP 2013063953 A JP2013063953 A JP 2013063953A JP 2013063953 A JP2013063953 A JP 2013063953A JP 2014190170 A JP2014190170 A JP 2014190170A
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JP
Japan
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boiler
refrigerant
egr
compressed air
exhaust gas
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Pending
Application number
JP2013063953A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidefumi Mori
英文 森
Masao Iguchi
雅夫 井口
Fuminobu Enoshima
史修 榎島
Fumihiko Ishiguro
文彦 石黒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Supercharger (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent excessive cooling of EGR gas while efficiently collecting waste heat from an engine.SOLUTION: A waste heat regeneration system 100 includes a Rankine cycle circuit 10 which is formed by sequentially connecting a pump 2 for pressure-feeding a refrigerant, an EGR boiler 4, a compressed air boiler 3 and an exhaust gas boiler 5 for heating the refrigerant, an expander 6 for collecting mechanical energy by expanding the heated refrigerant, and a condenser 8 for cooling and condensing the refrigerant after expansion. The EGR boiler 4 and the compressed air boiler 3 are connected in series so that the compressed air boiler 3 is disposed in the upstream side, and the exhaust gas boiler 5 is connected in parallel to the EGR boiler 4 and the compressed air boiler 3.

Description

この発明は、廃熱回生システムに係り、特にランキンサイクルを用いて車両の内燃機関の廃熱を利用する廃熱回生システムに関する。   The present invention relates to a waste heat regeneration system, and more particularly to a waste heat regeneration system that uses waste heat of an internal combustion engine of a vehicle using a Rankine cycle.

内燃機関の廃熱から機械的エネルギー(動力)を回収するランキンサイクル回路を利用した車両用の廃熱回生システムが開発されている。一般的なランキンサイクル回路は、冷媒を圧送するポンプと、冷媒をエンジンの廃熱と熱交換させて加熱する熱交換器と、加熱された冷媒を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機と、膨張後の冷媒を冷却凝縮させるコンデンサとから構成され、これらが順次接続されて閉回路を形成している。   A waste heat regeneration system for a vehicle using a Rankine cycle circuit that recovers mechanical energy (power) from waste heat of an internal combustion engine has been developed. A general Rankine cycle circuit includes a pump that pumps refrigerant, a heat exchanger that heats the refrigerant by exchanging heat with engine waste heat, and an expander that expands the heated refrigerant to recover mechanical energy. And a condenser that cools and condenses the expanded refrigerant, and these are sequentially connected to form a closed circuit.

ここで、特許文献1の図6には、熱交換器として、冷媒と還流排気であるEGRガスとが熱交換を行うEGRクーラと、冷媒と排ガスとが熱交換を行う排ガスボイラとが並列に設けられたランキンサイクル回路が開示されている。EGRガス及び排ガスは高温であるため、特許文献1のランキンサイクル回路のように並列させたEGRボイラ及び排ガスボイラのそれぞれに冷媒を流通させることで、冷媒がより多量の熱を受け取ることができる。そのため、ランキンサイクル回路全体としての廃熱の回収効率が向上する。   Here, in FIG. 6 of Patent Document 1, as a heat exchanger, an EGR cooler in which heat is exchanged between the refrigerant and the EGR gas that is recirculated exhaust, and an exhaust gas boiler in which heat is exchanged between the refrigerant and the exhaust gas are arranged in parallel. A provided Rankine cycle circuit is disclosed. Since the EGR gas and the exhaust gas are high in temperature, the refrigerant can receive a larger amount of heat by circulating the refrigerant through each of the EGR boiler and the exhaust gas boiler arranged in parallel as in the Rankine cycle circuit of Patent Document 1. Therefore, the waste heat recovery efficiency of the Rankine cycle circuit as a whole is improved.

特開2009−236014号公報JP 2009-236014 A

しかしながら、コンデンサで冷却凝縮されポンプで圧送される冷媒は低温であり、このような低温の冷媒がEGRボイラに流入すると、EGRガスが過剰冷却されてEGR回路内に結露水が発生する可能性があった。そして、このような結露水が発生してしまうと、結露水が燃焼室に浸入して内燃機関の燃焼が妨げられるおそれがある。   However, the refrigerant cooled and condensed by the condenser and pumped by the pump has a low temperature, and when such a low-temperature refrigerant flows into the EGR boiler, the EGR gas may be overcooled and condensed water may be generated in the EGR circuit. there were. If such condensed water is generated, the condensed water may enter the combustion chamber and hinder combustion of the internal combustion engine.

この発明はこのような問題を解決するため、効率よく内燃機関からの廃熱を回収しつつ、EGRガスの過剰冷却を防止することができる廃熱回生システムを提供することを目的とする。   In order to solve such problems, an object of the present invention is to provide a waste heat regeneration system that can efficiently recover waste heat from an internal combustion engine and prevent excessive cooling of EGR gas.

上記の課題を解決するために、この発明に係る廃熱回生システムは、内燃機関の廃熱を利用するものであって、冷媒を圧送するポンプ、冷媒を加熱する冷媒加熱手段、冷媒加熱手段によって加熱された冷媒を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機、及び膨張後の冷媒を冷却凝縮させるコンデンサが順次連結されて構成され、冷媒加熱手段は、内燃機関に再循環される排ガスの一部であるEGRガスを熱源として冷媒との間で熱交換を行うEGRボイラと、過給機によって内燃機関へと供給される圧縮空気を熱源として冷媒との間で熱交換を行う圧縮空気ボイラと、内燃機関の排ガスを熱源として冷媒との間で熱交換を行う排ガスボイラとを有し、EGRボイラと圧縮空気ボイラは、圧縮空気ボイラが上流側となるように直列に接続され、排ガスボイラは、EGRボイラ及び圧縮空気ボイラと並列に接続される。   In order to solve the above problems, a waste heat regeneration system according to the present invention uses waste heat of an internal combustion engine, and includes a pump that pumps a refrigerant, a refrigerant heating means that heats the refrigerant, and a refrigerant heating means. An expander that expands the heated refrigerant and recovers mechanical energy and a condenser that cools and condenses the expanded refrigerant are sequentially connected, and the refrigerant heating means is an exhaust gas recirculated to the internal combustion engine. An EGR boiler that exchanges heat with the refrigerant using EGR gas as a heat source, and a compressed air boiler that exchanges heat with the refrigerant using compressed air supplied to the internal combustion engine by the supercharger as a heat source An exhaust gas boiler that exchanges heat with the refrigerant using the exhaust gas of the internal combustion engine as a heat source, and the EGR boiler and the compressed air boiler are connected in series so that the compressed air boiler is on the upstream side , Exhaust gas boiler is connected in parallel with the EGR boiler and compressed air boiler.

この発明に係る廃熱回生システムは、EGRボイラ及び圧縮空気ボイラに流通させる冷媒の流量と、排ガスボイラに流通させる冷媒の流量との分配比率を調整することができる流量調整手段を備えてもよい。
また、流量調整手段は、排ガスボイラに流通させる冷媒の流量を0にすることもできる。
The waste heat regeneration system according to the present invention may include a flow rate adjusting unit capable of adjusting a distribution ratio between a flow rate of the refrigerant flowing through the EGR boiler and the compressed air boiler and a flow rate of the refrigerant flowing through the exhaust gas boiler. .
Further, the flow rate adjusting means can make the flow rate of the refrigerant flowing through the exhaust gas boiler zero.

この発明による廃熱回生システムによれば、効率よく機械的エネルギーを回収しつつ、EGRガスの過剰冷却を防止することができる。   According to the waste heat regeneration system of the present invention, excessive cooling of the EGR gas can be prevented while efficiently recovering mechanical energy.

この発明の実施の形態1に係る廃熱回生システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the waste-heat regeneration system which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に係る廃熱回生システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the waste-heat regeneration system which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3に係る廃熱回生システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the waste-heat regeneration system which concerns on Embodiment 3 of this invention.

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る廃熱回生システム100の構成を図1に示す。
廃熱回生システム100は、内燃機関としてのエンジン12の廃熱を利用するものであって、ポンプ2と、圧縮空気ボイラ3と、EGRボイラ4と、排ガスボイラ5と、膨張機6と、コンデンサ8とを有するランキンサイクル回路10を備える。ここで、ランキンサイクル回路10は、主回路10aと従回路10bとを有する。主回路10aは、ポンプ2と圧縮空気ボイラ3とEGRボイラ4と膨張機6とコンデンサ8とが順次連結されて構成される閉回路である。また、従回路10bは、ポンプ2と排ガスボイラ5と膨張機6とコンデンサ8とが順次連結されて構成される閉回路である。すなわち、主回路10aには、ポンプ2の下流かつ膨張機6の上流に圧縮空気ボイラ3及びEGRボイラ4が互いに直列して接続されている。圧縮空気ボイラ3はポンプ2の下流かつEGRボイラ4の上流に設けられる。一方、従回路10bは主回路10aに対して、ポンプ2の下流かつ圧縮空気ボイラ3の上流の第一分岐点13aにおいて分岐し、EGRボイラ4の下流かつ膨張機6の上流の第二分岐点13bにおいて合流する。従って、主回路10aと従回路10bとは、第二分岐点13bの下流かつ第一分岐点13aの上流における構成が共通している。また、このようなランキンサイクル回路10の構成により、圧縮空気ボイラ3及びEGRボイラ4と排ガスボイラ5とは並列に接続されている。また、従回路10b上において第一分岐点13aの下流かつ排ガスボイラ5の上流には流量調整弁15が設けられている。
なお、圧縮空気ボイラ3は、後述する過給機14によってエンジン12へと供給される圧縮空気、すなわち圧縮された吸入空気を熱源として冷媒との間で熱交換を行う。また、EGRボイラ4は、エンジン12に再循環される排ガスの一部であるEGRガスを熱源として冷媒との間で熱交換を行う。さらに、排ガスボイラ5は、排ガスを熱源として冷媒との間で熱交換を行う。そして、これらの圧縮空気ボイラ3、EGRボイラ4及び排ガスボイラ5は、冷媒加熱手段を構成する。
また、流量調整弁15は流量調整手段を構成する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
A configuration of a waste heat regeneration system 100 according to Embodiment 1 of the present invention is shown in FIG.
The waste heat regeneration system 100 uses waste heat of the engine 12 as an internal combustion engine, and includes a pump 2, a compressed air boiler 3, an EGR boiler 4, an exhaust gas boiler 5, an expander 6, and a condenser. And a Rankine cycle circuit 10. Here, the Rankine cycle circuit 10 includes a main circuit 10a and a sub circuit 10b. The main circuit 10a is a closed circuit configured by sequentially connecting the pump 2, the compressed air boiler 3, the EGR boiler 4, the expander 6, and the condenser 8. The slave circuit 10b is a closed circuit configured by sequentially connecting the pump 2, the exhaust gas boiler 5, the expander 6, and the condenser 8. That is, the compressed air boiler 3 and the EGR boiler 4 are connected in series to the main circuit 10a downstream of the pump 2 and upstream of the expander 6. The compressed air boiler 3 is provided downstream of the pump 2 and upstream of the EGR boiler 4. On the other hand, the slave circuit 10b branches from the main circuit 10a at a first branch point 13a downstream of the pump 2 and upstream of the compressed air boiler 3, and is downstream of the EGR boiler 4 and upstream of the expander 6. Join at 13b. Therefore, the main circuit 10a and the sub circuit 10b have a common configuration downstream of the second branch point 13b and upstream of the first branch point 13a. Moreover, the compressed air boiler 3 and the EGR boiler 4 and the exhaust gas boiler 5 are connected in parallel by the configuration of the Rankine cycle circuit 10. Further, a flow rate adjusting valve 15 is provided on the slave circuit 10b downstream of the first branch point 13a and upstream of the exhaust gas boiler 5.
The compressed air boiler 3 exchanges heat with the refrigerant using compressed air supplied to the engine 12 by a supercharger 14 to be described later, that is, compressed intake air as a heat source. The EGR boiler 4 exchanges heat with the refrigerant using EGR gas, which is part of the exhaust gas recirculated to the engine 12, as a heat source. Further, the exhaust gas boiler 5 performs heat exchange with the refrigerant using the exhaust gas as a heat source. And these compressed air boiler 3, EGR boiler 4, and exhaust gas boiler 5 comprise a refrigerant heating means.
The flow rate adjusting valve 15 constitutes a flow rate adjusting means.

ランキンサイクル回路10における冷媒の流れについて説明する。
廃熱回生システム100おけるランキンサイクル回路10内の冷媒はポンプ2によって圧送される。従回路10b上の流量調整弁15が全開状態の場合において、ポンプ2によって圧送された冷媒は、第一分岐点13aを通過する際に一部は主回路10aに従って圧縮空気ボイラ3に流入し、残りは従回路10bに従って排ガスボイラ5に流入する。主回路10a上の圧縮空気ボイラ3に流入する冷媒は、直列に配置された圧縮空気ボイラ3及びEGRボイラ4によって加熱され、気化する。また、従回路10b上の排ガスボイラ5に流入する冷媒は、排ガスボイラ5によって加熱され、気化する。そして、主回路10a上の圧縮空気ボイラ3及びEGRボイラ4において気化した冷媒と、従回路10b上の排ガスボイラ5において気化した冷媒は、第二分岐点13bにおいて合流し、膨張機6に流入する。膨張機6は冷媒を膨張させて機械的エネルギーを発生させる。ここで、膨張機6で発生した機械的エネルギーはエンジン12の回転を補助する。また、膨張機6を通過した冷媒はコンデンサ8に流入し、冷却凝縮され液化する。そして、液化した冷媒はポンプ2に流入し、再び圧送される。
The flow of the refrigerant in the Rankine cycle circuit 10 will be described.
The refrigerant in the Rankine cycle circuit 10 in the waste heat regeneration system 100 is pumped by the pump 2. When the flow rate adjustment valve 15 on the slave circuit 10b is in a fully open state, the refrigerant pumped by the pump 2 partially flows into the compressed air boiler 3 according to the main circuit 10a when passing through the first branch point 13a. The rest flows into the exhaust gas boiler 5 according to the subcircuit 10b. The refrigerant flowing into the compressed air boiler 3 on the main circuit 10a is heated and vaporized by the compressed air boiler 3 and the EGR boiler 4 arranged in series. Moreover, the refrigerant | coolant which flows in into the exhaust gas boiler 5 on the subcircuit 10b is heated by the exhaust gas boiler 5, and is vaporized. Then, the refrigerant vaporized in the compressed air boiler 3 and the EGR boiler 4 on the main circuit 10a and the refrigerant vaporized in the exhaust gas boiler 5 on the sub circuit 10b merge at the second branch point 13b and flow into the expander 6. . The expander 6 expands the refrigerant to generate mechanical energy. Here, the mechanical energy generated in the expander 6 assists the rotation of the engine 12. The refrigerant that has passed through the expander 6 flows into the condenser 8 and is cooled and condensed to be liquefied. The liquefied refrigerant flows into the pump 2 and is pumped again.

流量調整弁15は、通常の走行時において全開状態となっており、この時、圧縮空気ボイラ3に流入する冷媒の流量と排ガスボイラ5に流入する冷媒の流量との比は1:1となる。流量調整弁15はECU(図示せず)によって開閉状態を制御されている。ここで、流量調整弁15を徐々に閉状態に近づけていくと、それに伴い排ガスボイラ5に流入する冷媒の流量は減少していき、圧縮空気ボイラ3に流入する冷媒の流量は増加していく。そして、流量調整弁15が完全に閉状態となると、排ガスボイラ5に流入する冷媒の流量は0になり、第一分岐点13aを通過する冷媒は全て圧縮空気ボイラ3に流入するようになる。すなわち、流量調整弁15は圧縮空気ボイラ3及びEGRボイラ4に流通させる冷媒の流量と、排ガスボイラ5に流通させる冷媒の流量との分配比率を調整する。   The flow rate adjusting valve 15 is in a fully open state during normal travel, and at this time, the ratio of the flow rate of the refrigerant flowing into the compressed air boiler 3 and the flow rate of the refrigerant flowing into the exhaust gas boiler 5 is 1: 1. . The flow rate adjustment valve 15 is controlled to be opened and closed by an ECU (not shown). Here, when the flow rate adjustment valve 15 is gradually brought close to the closed state, the flow rate of the refrigerant flowing into the exhaust gas boiler 5 decreases accordingly, and the flow rate of the refrigerant flowing into the compressed air boiler 3 increases. . When the flow rate adjustment valve 15 is completely closed, the flow rate of the refrigerant flowing into the exhaust gas boiler 5 becomes 0, and all the refrigerant passing through the first branch point 13a flows into the compressed air boiler 3. That is, the flow rate adjusting valve 15 adjusts the distribution ratio between the flow rate of the refrigerant flowing through the compressed air boiler 3 and the EGR boiler 4 and the flow rate of the refrigerant flowing through the exhaust gas boiler 5.

エンジン12は吸気系16及び排気系11と接続している。また、吸気系16及び排気系11はそれぞれ過給機14に接続する。さらに、吸気系16及び排気系11にはEGR通路18が接続されており、EGR通路18は一端が吸気系16に接続されるとともに他端が排気系11に接続されている。そして、吸気系16には圧縮空気ボイラ3が、排気系11には排ガスボイラ5が、EGR通路18にはEGRボイラ4が、それぞれ接続されている。   The engine 12 is connected to the intake system 16 and the exhaust system 11. In addition, the intake system 16 and the exhaust system 11 are each connected to a supercharger 14. Further, an EGR passage 18 is connected to the intake system 16 and the exhaust system 11, and one end of the EGR passage 18 is connected to the intake system 16 and the other end is connected to the exhaust system 11. The compressed air boiler 3 is connected to the intake system 16, the exhaust gas boiler 5 is connected to the exhaust system 11, and the EGR boiler 4 is connected to the EGR passage 18.

吸気系16から吸入された空気は、過給機14によって圧縮される。その際に加圧されて高温となった吸入空気である圧縮空気は、圧縮空気ボイラ3においてランキンサイクル回路10の主回路10aにおける冷媒と熱交換を行い冷却された後、エンジン12に流入する。そして、空気はエンジン12内で燃焼した後、排ガスとなって排気系11を流通する。排気系11を流通する排ガスは過給機14を通過するとともに、過給機14を駆動する。そして次に、排ガスは排ガスボイラ5において、ランキンサイクル回路10の従回路10bにおける冷媒と熱交換を行ってから、マフラー(図示せず)を通過して車両外部に排出される。また、エンジン12から流出した排ガスの一部は、EGRガスとしてEGR通路18に流入する。EGR通路18を流通するEGRガスはEGRボイラ4において、ランキンサイクル回路10の主回路10aにおける冷媒と熱交換を行い、冷却される。そして、冷却されたEGRガスは、EGR通路18から吸気系16に合流し、再びエンジン12に再循環される。   Air sucked from the intake system 16 is compressed by the supercharger 14. Compressed air, which is pressurized air that has been pressurized at that time, is cooled by exchanging heat with the refrigerant in the main circuit 10 a of the Rankine cycle circuit 10 in the compressed air boiler 3, and then flows into the engine 12. The air burns in the engine 12 and then flows through the exhaust system 11 as exhaust gas. The exhaust gas flowing through the exhaust system 11 passes through the supercharger 14 and drives the supercharger 14. Then, after the exhaust gas exchanges heat with the refrigerant in the slave circuit 10b of the Rankine cycle circuit 10 in the exhaust gas boiler 5, the exhaust gas passes through a muffler (not shown) and is discharged outside the vehicle. A part of the exhaust gas flowing out from the engine 12 flows into the EGR passage 18 as EGR gas. The EGR gas flowing through the EGR passage 18 is cooled by exchanging heat with the refrigerant in the main circuit 10a of the Rankine cycle circuit 10 in the EGR boiler 4. The cooled EGR gas joins the intake system 16 from the EGR passage 18 and is recirculated to the engine 12 again.

以上より、この実施の形態1に係る廃熱回生システム100では、圧縮空気ボイラ3をポンプ2の下流かつEGRボイラ4の上流に設けたことにより、EGRボイラ4に流入する前の冷媒が圧縮空気ボイラ3によって加熱される。そのため、ポンプ2により圧送された低温の冷媒が直接EGRボイラ4に流入することによるEGRガスの過剰冷却が防止される。その結果、EGR通路18での結露水の発生も防止される。
また、EGRボイラ4に対して排ガスボイラ5が並列に設けられていることにより、ランキンサイクル回路10は、EGRガスからの廃熱及び排ガスからの廃熱を両方回収することができ、全体の廃熱回収効率が向上する。
また、従回路10bの排ガスボイラ5は主回路10aの圧縮空気ボイラ3に対しても並列して設けられている。よって、排ガスボイラ5に流入する冷媒は圧縮空気ボイラ3を流通せず、ポンプ2によって圧送された後、低温のまま直接排ガスボイラ5に流入するため、その分排ガスから多量の廃熱を回収することができる。
さらに、圧縮空気ボイラ3では、過給機14からの圧縮空気をランキンサイクル回路10の冷媒によって冷却しているため、圧縮空気を冷却するために空冷式のインタークーラを別途に設ける必要がない。
As described above, in the waste heat regeneration system 100 according to the first embodiment, the compressed air boiler 3 is provided downstream of the pump 2 and upstream of the EGR boiler 4, so that the refrigerant before flowing into the EGR boiler 4 is compressed air. Heated by the boiler 3. Therefore, excessive cooling of the EGR gas due to the low-temperature refrigerant pumped by the pump 2 directly flowing into the EGR boiler 4 is prevented. As a result, the generation of condensed water in the EGR passage 18 is also prevented.
In addition, since the exhaust gas boiler 5 is provided in parallel to the EGR boiler 4, the Rankine cycle circuit 10 can recover both waste heat from the EGR gas and waste heat from the exhaust gas. Heat recovery efficiency is improved.
Further, the exhaust gas boiler 5 of the sub circuit 10b is provided in parallel with the compressed air boiler 3 of the main circuit 10a. Therefore, since the refrigerant flowing into the exhaust gas boiler 5 does not flow through the compressed air boiler 3 but is pumped by the pump 2 and then directly flows into the exhaust gas boiler 5 at a low temperature, a large amount of waste heat is recovered from the exhaust gas accordingly. be able to.
Furthermore, in the compressed air boiler 3, since the compressed air from the supercharger 14 is cooled by the refrigerant of the Rankine cycle circuit 10, it is not necessary to separately provide an air-cooled intercooler for cooling the compressed air.

また、従回路10b上において第一分岐点13aの下流かつ排ガスボイラ5の上流に流量調整弁15を設けたことにより、加速時等、吸入空気の冷却要求が高くなった場合に応じて圧縮空気ボイラ3の冷却機能を即座に向上させることができる。すなわち、エンジン12に吸入される吸入空気の量が増えて吸入空気の冷却の必要性が高くなった時は、流量調整弁15を絞ることにより、従回路10b上の排ガスボイラ5に流入する冷媒の流量が制限される。そして、その分主回路10a上の圧縮空気ボイラ3に流入する冷媒の流量が増え、圧縮空気ボイラ3は過給機14で圧縮され高温となった吸入空気をより効率よく冷却することができる。ここで、さらに流量調整弁15を完全に閉状態とすれば、従回路10bの排ガスボイラ5に流通する冷媒は0となり、すべての冷媒を圧縮空気ボイラ3に流入させて吸入空気の冷却のために用いることができる。   Further, by providing the flow rate adjusting valve 15 downstream of the first branch point 13a and upstream of the exhaust gas boiler 5 on the slave circuit 10b, the compressed air is used in response to an increase in demand for cooling the intake air, such as during acceleration. The cooling function of the boiler 3 can be improved immediately. That is, when the amount of intake air sucked into the engine 12 increases and the necessity of cooling the intake air becomes high, the refrigerant flowing into the exhaust gas boiler 5 on the subcircuit 10b by restricting the flow rate adjusting valve 15 The flow rate is limited. And the flow volume of the refrigerant | coolant which flows into the compressed air boiler 3 on the main circuit 10a increases correspondingly, and the compressed air boiler 3 can cool the intake air which became high temperature compressed by the supercharger 14 more efficiently. Here, if the flow control valve 15 is further completely closed, the refrigerant flowing through the exhaust gas boiler 5 of the subcircuit 10b becomes 0, and all the refrigerant flows into the compressed air boiler 3 to cool the intake air. Can be used.

また、流量調整弁15を完全に閉状態とした場合であっても、主回路10a上においてEGRボイラ4が圧縮空気ボイラ3と直列して配置されているため、EGRボイラ4には冷媒が流通し続け、継続してEGR通路18のEGRガスを冷却することができる。   Even when the flow rate adjustment valve 15 is completely closed, the EGR boiler 4 is arranged in series with the compressed air boiler 3 on the main circuit 10a, so that refrigerant flows through the EGR boiler 4. Then, the EGR gas in the EGR passage 18 can be continuously cooled.

実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る廃熱回生システム200の構成を図2に示す。なお、以下の説明において、図1の参照符号と同一の符号は同一又は同様の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
実施の形態2に係る廃熱回生システム200は、実施の形態1に係る廃熱回生システム100において、さらに内部熱交換器7を有するランキンサイクル回路20を備えたものである。ランキンサイクル回路20は、実施の形態1のランキンサイクル回路10と同様に、主回路20a及び従回路20bを有する。すなわち、従回路20bは主回路20aに対して、ポンプ2の下流かつ圧縮空気ボイラ3の上流の第一分岐点23aにおいて分岐し、EGRボイラ4の下流かつ膨張機6の上流の第二分岐点23bにおいて合流する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 shows the configuration of a waste heat regeneration system 200 according to Embodiment 2 of the present invention. In the following description, the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same or similar components, and thus detailed description thereof is omitted.
The waste heat regeneration system 200 according to the second embodiment is the waste heat regeneration system 100 according to the first embodiment, and further includes a Rankine cycle circuit 20 having an internal heat exchanger 7. The Rankine cycle circuit 20 includes a main circuit 20a and a slave circuit 20b, similarly to the Rankine cycle circuit 10 of the first embodiment. That is, the secondary circuit 20b branches from the main circuit 20a at the first branch point 23a downstream of the pump 2 and upstream of the compressed air boiler 3, and the second branch point downstream of the EGR boiler 4 and upstream of the expander 6. Merge at 23b.

内部熱交換器7は、ランキンサイクル回路20において、従回路20b上の流量調整弁15の下流かつ排ガスボイラ5の上流に接続されるとともに、膨張機6の下流かつコンデンサ8の上流にも接続される。すなわち、ポンプ2に圧送されて第一分岐点23aを通過して従回路20bを流通する低温の冷媒と、膨張機6において膨張した後の高温の冷媒とが内部熱交換器7において熱交換を行うように構成されている。   In the Rankine cycle circuit 20, the internal heat exchanger 7 is connected downstream of the flow rate adjustment valve 15 on the slave circuit 20 b and upstream of the exhaust gas boiler 5, and is also connected downstream of the expander 6 and upstream of the condenser 8. The That is, the low-temperature refrigerant that is pumped to the pump 2 and passes through the first branch point 23a and flows through the subcircuit 20b, and the high-temperature refrigerant that has expanded in the expander 6 exchange heat in the internal heat exchanger 7. Configured to do.

以上より、この実施の形態2に係る廃熱回生システム200が内部熱交換器7を有することによって、膨張機6から流出した高温の冷媒はコンデンサ8に流入する前に内部熱交換器7において冷却される。従って、コンデンサ8に流入する冷媒の温度は従来より低くなるため、その分冷媒の凝縮圧力が低下し、結果的にコンデンサ8の負荷が減り冷却凝縮の効率が向上する。また、熱源の温度が比較的に低い圧縮空気ボイラ3と内部熱交換器7を直列でなく並列に配列することにより、双方共に熱回収を効率よく行うことができる。   As described above, the waste heat regeneration system 200 according to the second embodiment has the internal heat exchanger 7 so that the high-temperature refrigerant flowing out of the expander 6 is cooled in the internal heat exchanger 7 before flowing into the condenser 8. Is done. Accordingly, since the temperature of the refrigerant flowing into the condenser 8 is lower than that of the conventional one, the refrigerant condensing pressure is lowered correspondingly, and as a result, the load on the condenser 8 is reduced and the efficiency of cooling condensation is improved. Further, by arranging the compressed air boiler 3 and the internal heat exchanger 7 having a relatively low temperature of the heat source in parallel rather than in series, heat recovery can be efficiently performed in both.

実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る廃熱回生システム300の構成を図3に示す。
なお、以下の説明において、図1又は2の参照符号と同一の符号は同一又は同様の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
廃熱回生システム300は、実施形態1又は2の廃熱回生システム100,200と同様に、主回路30a及び従回路30bを備えたランキンサイクル回路30を有する。すなわち、従回路30bは主回路30aに対して、ポンプ2の下流かつ圧縮空気ボイラ3の上流の第一分岐点33aにおいて分岐し、EGRボイラ4の下流かつ膨張機6の上流の第二分岐点33bにおいて合流する。さらにまた、ランキンサイクル回路30の主回路30a上の圧縮空気ボイラ3の下流かつEGRボイラ4の上流には第三分岐点33cが設定され、従回路30bの内部熱交換器7の下流かつ排ガスボイラ5の上流には第四分岐点33dが設定される。そして、ランキンサイクル回路30には、一端が第三分岐点33cに接続され、他端が第四分岐点33dに接続するバイパス流路30cが設けられる。また、主回路30a上の第三分岐点33cの下流かつEGRボイラ4の上流には、第二流量調整弁37が設けられる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 shows the configuration of a waste heat regeneration system 300 according to Embodiment 3 of the present invention.
In the following description, the same reference numerals as those in FIG. 1 or 2 are the same or similar components, and detailed description thereof will be omitted.
The waste heat regeneration system 300 includes the Rankine cycle circuit 30 including the main circuit 30a and the sub circuit 30b, similarly to the waste heat regeneration systems 100 and 200 of the first or second embodiment. That is, the secondary circuit 30b branches from the main circuit 30a at the first branch point 33a downstream of the pump 2 and upstream of the compressed air boiler 3, and the second branch point downstream of the EGR boiler 4 and upstream of the expander 6. Merge at 33b. Furthermore, a third branch point 33c is set downstream of the compressed air boiler 3 and upstream of the EGR boiler 4 on the main circuit 30a of the Rankine cycle circuit 30, and downstream of the internal heat exchanger 7 of the slave circuit 30b and exhaust gas boiler. A fourth branch point 33 d is set upstream of 5. The Rankine cycle circuit 30 is provided with a bypass passage 30c having one end connected to the third branch point 33c and the other end connected to the fourth branch point 33d. A second flow rate adjustment valve 37 is provided downstream of the third branch point 33 c on the main circuit 30 a and upstream of the EGR boiler 4.

第二流量調整弁37が全開状態の場合において、主回路30aを流通する冷媒は圧縮空気ボイラ3を流通した後、第二流量調整弁37を通過してEGRボイラ4に流入する。第二流量調整弁37はECU(図示せず)によって開閉状態を制御されている。ここで、第二流量調整弁37を絞って閉状態に近づけていくとEGRボイラ4に流入する冷媒の流量は次第に減少していき、その分残りの冷媒が第三分岐点33cを通過してバイパス流路30cに流通する。そして、バイパス流路30cを流通する冷媒は、第四分岐点33dにおいて従回路30bの冷媒と合流し、その後、排ガスボイラ5に流入する。また、第二流量調整弁37を完全に閉状態にすると、EGRボイラ4に流入する冷媒の流量は0となり、主回路30a上の圧縮空気ボイラ3から流出した主回路30a上の冷媒の全量がバイパス流路30cを流通して従回路30bの冷媒に合流する。   When the second flow rate adjustment valve 37 is fully opened, the refrigerant flowing through the main circuit 30 a flows through the compressed air boiler 3 and then passes through the second flow rate adjustment valve 37 and flows into the EGR boiler 4. The second flow rate adjusting valve 37 is controlled to be opened and closed by an ECU (not shown). Here, when the second flow rate adjusting valve 37 is throttled to approach the closed state, the flow rate of the refrigerant flowing into the EGR boiler 4 gradually decreases, and the remaining refrigerant passes through the third branch point 33c accordingly. It distribute | circulates to the bypass flow path 30c. And the refrigerant | coolant which distribute | circulates the bypass flow path 30c merges with the refrigerant | coolant of the subcircuit 30b in the 4th branch point 33d, and flows in into the exhaust gas boiler 5 after that. Further, when the second flow rate adjusting valve 37 is completely closed, the flow rate of the refrigerant flowing into the EGR boiler 4 becomes 0, and the total amount of the refrigerant on the main circuit 30a flowing out from the compressed air boiler 3 on the main circuit 30a is reduced. The refrigerant flows through the bypass flow path 30c and merges with the refrigerant of the slave circuit 30b.

以上より、この実施の形態に係る廃熱回生システム300では、バイパス流路30c及び第二流量調整弁37によってEGRボイラ4に流入する冷媒の流量を調整することで、EGRガスの過剰冷却をさらに防止することができる。すなわち、流量調整弁15が閉状態となり多量の冷媒が主回路30aの圧縮空気ボイラ3に流入するような場合は、冷媒が圧縮空気ボイラ3において加熱されてもなお低温である可能性がある。このような場合に圧縮空気ボイラ3から流出した冷媒の全量がEGRボイラ4に流入すると、EGRガスが過剰冷却され、EGR通路18に結露水が発生してしまうおそれがある。従って、第二流量調整弁37を絞ってEGRボイラ4に流通する冷媒の流量を減らす、又は0にすることにより、EGRガスの過剰冷却及びEGR通路18での結露水の発生を防止する。   As described above, in the waste heat regeneration system 300 according to this embodiment, excessive cooling of the EGR gas is further performed by adjusting the flow rate of the refrigerant flowing into the EGR boiler 4 by the bypass flow path 30c and the second flow rate adjustment valve 37. Can be prevented. That is, when the flow rate adjustment valve 15 is closed and a large amount of refrigerant flows into the compressed air boiler 3 of the main circuit 30a, there is a possibility that the refrigerant is still at a low temperature even when heated in the compressed air boiler 3. In such a case, if the entire amount of the refrigerant that has flowed out of the compressed air boiler 3 flows into the EGR boiler 4, the EGR gas is overcooled and condensed water may be generated in the EGR passage 18. Therefore, the second flow rate adjusting valve 37 is throttled to reduce or reduce the flow rate of the refrigerant flowing through the EGR boiler 4, thereby preventing excessive cooling of the EGR gas and generation of condensed water in the EGR passage 18.

実施の形態1〜3において、流量調整手段として流量調整弁15を用いているが、これに限定されず、第一分岐点13a,23a,33aに三方弁を設けてよい。
また、実施の形態3においても、EGRボイラ4に流通する冷媒の流量を調整する手段は、第二流量調整弁37に限定されず、第三分岐点33cに三方弁を設けてもよい。
In the first to third embodiments, the flow rate adjusting valve 15 is used as the flow rate adjusting means.
Also in the third embodiment, the means for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the EGR boiler 4 is not limited to the second flow rate adjustment valve 37, and a three-way valve may be provided at the third branch point 33c.

100,200,300 廃熱回生システム、2 ポンプ、3 圧縮空気ボイラ(冷媒加熱手段)、4 EGRボイラ(冷媒加熱手段)、5 排ガスボイラ(冷媒加熱手段)、6 膨張機、8 コンデンサ、10,20,30 ランキンサイクル回路、12 エンジン、14 過給機、15 流量調整弁(流量調整手段)。   100, 200, 300 Waste heat regeneration system, 2 pump, 3 compressed air boiler (refrigerant heating means), 4 EGR boiler (refrigerant heating means), 5 exhaust gas boiler (refrigerant heating means), 6 expander, 8 condenser, 10, 20, 30 Rankine cycle circuit, 12 engine, 14 supercharger, 15 flow rate adjusting valve (flow rate adjusting means).

Claims (3)

内燃機関の廃熱を利用する廃熱回生システムであって、
冷媒を圧送するポンプ、前記冷媒を加熱する冷媒加熱手段、前記冷媒加熱手段によって加熱された前記冷媒を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機、及び膨張後の前記冷媒を冷却凝縮させるコンデンサが順次連結されて構成されるランキンサイクル回路を備え、
前記冷媒加熱手段は、
前記内燃機関に再循環される排ガスの一部であるEGRガスを熱源として前記冷媒との間で熱交換を行うEGRボイラと、
過給機によって前記内燃機関へと供給される圧縮空気を熱源として前記冷媒との間で熱交換を行う圧縮空気ボイラと、
前記内燃機関の排ガスを熱源として前記冷媒との間で熱交換を行う排ガスボイラと、
を有し、
前記EGRボイラと前記圧縮空気ボイラは、前記圧縮空気ボイラが上流側となるように直列に接続され、
前記排ガスボイラは、前記EGRボイラおよび前記圧縮空気ボイラと並列に接続される廃熱回生システム。
A waste heat regeneration system that uses waste heat of an internal combustion engine,
A pump that pumps the refrigerant; a refrigerant heating means that heats the refrigerant; an expander that expands the refrigerant heated by the refrigerant heating means to recover mechanical energy; and a condenser that cools and condenses the refrigerant after expansion. It is equipped with a Rankine cycle circuit that is configured to be sequentially connected,
The refrigerant heating means includes
An EGR boiler that exchanges heat with the refrigerant using EGR gas that is part of exhaust gas recirculated to the internal combustion engine as a heat source;
A compressed air boiler for exchanging heat with the refrigerant using compressed air supplied to the internal combustion engine by a supercharger as a heat source;
An exhaust gas boiler for exchanging heat with the refrigerant using the exhaust gas of the internal combustion engine as a heat source;
Have
The EGR boiler and the compressed air boiler are connected in series so that the compressed air boiler is on the upstream side,
The exhaust gas boiler is a waste heat regeneration system connected in parallel with the EGR boiler and the compressed air boiler.
前記EGRボイラ及び前記圧縮空気ボイラに流通させる前記冷媒の流量と、前記排ガスボイラに流通させる前記冷媒の流量との分配比率を調整することができる流量調整手段を備える請求項1に記載の廃熱回生システム。   The waste heat according to claim 1, further comprising a flow rate adjusting unit capable of adjusting a distribution ratio between a flow rate of the refrigerant flowing through the EGR boiler and the compressed air boiler and a flow rate of the refrigerant flowing through the exhaust gas boiler. Regenerative system. 前記流量調整手段は、前記排ガスボイラに流通させる前記冷媒の流量を0にすることができる請求項2に記載の廃熱回生システム。   The waste heat regeneration system according to claim 2, wherein the flow rate adjusting unit can reduce the flow rate of the refrigerant to be circulated through the exhaust gas boiler.
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