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JP2018053788A - Waste heat recovery device - Google Patents

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JP2018053788A
JP2018053788A JP2016190096A JP2016190096A JP2018053788A JP 2018053788 A JP2018053788 A JP 2018053788A JP 2016190096 A JP2016190096 A JP 2016190096A JP 2016190096 A JP2016190096 A JP 2016190096A JP 2018053788 A JP2018053788 A JP 2018053788A
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heat
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internal combustion
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JP2016190096A
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洋紀 瀬戸
Hiroki Seto
洋紀 瀬戸
治雄 鈴木
Haruo Suzuki
治雄 鈴木
亮 森本
Akira Morimoto
亮 森本
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Isuzu Motors Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waste heat recovery device capable of recovering waste heat while inhibiting an atmosphere around an exhaust aftertreatment device from becoming a high temperature with the heat of a catalyst of the exhaust aftertreatment device of an internal combustion engine.SOLUTION: A waste heat recovery device 50 (50a) includes a Rankine cycle system 51 (51a) applied for an internal combustion engine 10 and having a heat exchanger 54 (54a), an expander 55, and a condenser 56 sequentially arranged in a circulation passage 52 where working fluid circulates. The heat exchanger is arranged on the outer periphery of an exhaust aftertreatment device 20 arranged in an exhaust passage 13 of the internal combustion engine, for exchanging heat between the working fluid supplied into the heat exchanger and the catalyst of the exhaust aftertreatment device.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、廃熱回収装置に関し、詳しくは内燃機関に適用された廃熱回収装置に関する。   The present invention relates to a waste heat recovery apparatus, and more particularly to a waste heat recovery apparatus applied to an internal combustion engine.

従来、内燃機関に適用された廃熱回収装置として、ランキンサイクルシステムを備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。具体的には特許文献１のランキンサイクルシステムは、作動流体が循環する循環通路に順に配置された熱交換器（特許文献１では過熱器と称されている）、膨張器（特許文献１では動力回収部と称されている）、及び凝縮器を備えている。作動流体は、熱交換器において、内燃機関の排気との間で熱交換をする。熱交換器を経由した作動流体は、膨張器で膨張し、このときにエネルギーを出力する。膨張器を経由した作動流体は凝縮器で凝縮して、その後、熱交換器に戻る。このようなサイクルを繰り返しながら、特許文献１に係るランキンサイクルシステムは、内燃機関の排気の熱（すなわち廃熱）を回収して、エネルギーを出力している。   Conventionally, as a waste heat recovery device applied to an internal combustion engine, one having a Rankine cycle system is known (see, for example, Patent Document 1). Specifically, the Rankine cycle system of Patent Document 1 includes a heat exchanger (referred to as a superheater in Patent Document 1) and an expander (power in Patent Document 1) arranged in order in a circulation passage through which a working fluid circulates. And a condenser. The working fluid exchanges heat with the exhaust gas of the internal combustion engine in the heat exchanger. The working fluid that has passed through the heat exchanger expands in the expander, and outputs energy at this time. The working fluid that has passed through the expander condenses in the condenser and then returns to the heat exchanger. While repeating such a cycle, the Rankine cycle system according to Patent Document 1 recovers the heat (that is, waste heat) of the exhaust gas of the internal combustion engine and outputs energy.

特開２０１０−１３８８８４号公報JP 2010-138884 A

ところで、一般に、内燃機関の排気通路には、排気後処理装置が配置されており、この排気後処理装置は排気浄化用の触媒を備えている。そして、この触媒は、この触媒において生じた化学反応の反応熱によって高温になることがある。従来の廃熱回収装置の場合、この高温になった触媒の熱を回収できる構成になっていないので、この高温になった触媒の熱が排気後処理装置の外周部分から排気後処理装置の周辺へ伝達されて、排気後処理装置の周辺の雰囲気が高温になるおそれがある。   Incidentally, in general, an exhaust aftertreatment device is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, and this exhaust aftertreatment device includes a catalyst for purifying exhaust gas. And this catalyst may become high temperature by the reaction heat of the chemical reaction which arose in this catalyst. In the case of the conventional waste heat recovery device, the heat of the catalyst that has reached a high temperature is not configured so that the heat of the catalyst that has reached a high temperature can be transferred from the outer periphery of the exhaust aftertreatment device to the periphery of the exhaust aftertreatment device There is a risk that the atmosphere around the exhaust aftertreatment device may become high temperature.

本発明は上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気後処理装置の触媒の熱によって排気後処理装置の周辺の雰囲気が高温になることを抑制しつつ、廃熱を回収することができる廃熱回収装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to prevent the atmosphere around the exhaust aftertreatment device from becoming high temperature due to the heat of the catalyst of the exhaust aftertreatment device of the internal combustion engine. The object is to provide a waste heat recovery apparatus capable of recovering heat.

上記目的を達成するため、本発明に係る廃熱回収装置は、内燃機関に適用され、作動流体が循環する循環通路に順に配置された熱交換器、膨張器及び凝縮器を有するランキンサイクルシステムを備える廃熱回収装置において、前記熱交換器が、前記内燃機関の排気通路に配置された排気後処理装置の外周部分に配置されて、前記熱交換器に供給された前記作動流体と前記排気後処理装置の触媒との間で熱交換を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a waste heat recovery apparatus according to the present invention is a Rankine cycle system that is applied to an internal combustion engine and has a heat exchanger, an expander, and a condenser that are sequentially arranged in a circulation passage through which a working fluid circulates. In the waste heat recovery apparatus, the heat exchanger is disposed in an outer peripheral portion of an exhaust aftertreatment device disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine, and the working fluid supplied to the heat exchanger and the exhausted exhaust Heat exchange is performed with the catalyst of the processing apparatus.

本発明によれば、ランキンサイクルシステムの熱交換器の作動流体によって、排気後処理装置の触媒の熱（廃熱）を回収することができるので、この触媒の熱によって排気後処理装置の周辺の雰囲気が高温になることを抑制しつつ、廃熱を回収することができる。   According to the present invention, the heat (waste heat) of the catalyst of the exhaust aftertreatment device can be recovered by the working fluid of the heat exchanger of the Rankine cycle system. Waste heat can be recovered while suppressing the atmosphere from becoming high temperature.

実施形態１に係る内燃機関システムの構成を模式的に示す構成図である。1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of an internal combustion engine system according to Embodiment 1. FIG. 実施形態２に係る内燃機関システムの構成を模式的に示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing a configuration of an internal combustion engine system according to a second embodiment.

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る廃熱回収装置５０を有する内燃機関システム１の構成を模式的に示す構成図である。この内燃機関システム１は、車両に搭載されている。内燃機関システム１は、内燃機関１０と、排気後処理装置２０と、制御装置３０と、廃熱回収装置５０とを備えている。内燃機関１０の具体的な種類は特に限定されるものではなく、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等を用いることができる。本実施形態においては、内燃機関１０の一例として、ディーゼルエンジンが用いられている。また、図１に例示されている内燃機関１０は、一例として、＃１〜＃４の気筒１１を有する多気筒型の内燃機関であるが、内燃機関１０の気筒１１の個数はこれに限定されるものではない。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of an internal combustion engine system 1 having a waste heat recovery apparatus 50 according to Embodiment 1 of the present invention. The internal combustion engine system 1 is mounted on a vehicle. The internal combustion engine system 1 includes an internal combustion engine 10, an exhaust aftertreatment device 20, a control device 30, and a waste heat recovery device 50. A specific type of the internal combustion engine 10 is not particularly limited, and a diesel engine, a gasoline engine, or the like can be used. In the present embodiment, a diesel engine is used as an example of the internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 illustrated in FIG. 1 is a multi-cylinder internal combustion engine having cylinders # 1 to # 4 as an example, but the number of cylinders 11 of the internal combustion engine 10 is limited to this. It is not something.

排気後処理装置２０は、内燃機関１０の排気通路１３に配置されている。本実施形態に係る排気後処理装置２０は、前段側（上流側）の排気後処理装置であるフィルター装置２１と、このフィルター装置２１の後段側（下流側）に配置された排気後処理装置である尿素ＳＣＲ装置２５と、を備えている。   The exhaust aftertreatment device 20 is disposed in the exhaust passage 13 of the internal combustion engine 10. The exhaust gas aftertreatment device 20 according to the present embodiment is a filter device 21 that is an exhaust gas aftertreatment device on the upstream side (upstream side), and an exhaust gas aftertreatment device that is disposed on the downstream side (downstream side) of the filter device 21. And a certain urea SCR device 25.

フィルター装置２１は、排気浄化用の触媒である酸化触媒２２と、この酸化触媒２２よりも下流側に配置された排気浄化用のフィルター２３とを備えている。フィルター２３は、排気中のＰＭを捕集するフィルターであり、本実施形態では、一例として、ウォールスルータイプのディーゼルパティキュレートフィルターを用いている。酸化触媒２２としては、白金、パラジウム等の触媒を用いることができる。この酸化触媒２２は、その酸化触媒作用によって、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に変化させる酸化反応を促進させる。排気温度が所定温度以上になった場合、この酸化触媒２２において生成された二酸化窒素によって、フィルター２３に堆積したＰＭを燃焼させて、二酸化炭素（ＣＯ２）として排出させることができる。これにより、フィルター２３を再生させることができる。 The filter device 21 includes an oxidation catalyst 22 that is an exhaust purification catalyst, and an exhaust purification filter 23 that is disposed downstream of the oxidation catalyst 22. The filter 23 is a filter that collects PM in the exhaust gas. In this embodiment, a wall-through type diesel particulate filter is used as an example. As the oxidation catalyst 22, a catalyst such as platinum or palladium can be used. The oxidation catalyst 22 promotes an oxidation reaction that changes nitrogen monoxide (NO) in the exhaust gas to nitrogen dioxide (NO 2 ) by the oxidation catalytic action. When the exhaust temperature becomes a predetermined temperature or higher, the PM deposited on the filter 23 can be burned by the nitrogen dioxide generated in the oxidation catalyst 22 and discharged as carbon dioxide (CO 2 ). Thereby, the filter 23 can be regenerated.

尿素ＳＣＲ装置２５は、尿素水噴射弁２６、尿素ＳＣＲ触媒２７、及びアンモニアスリップ触媒２８を備えている。尿素水噴射弁２６は、フィルター２３よりも下流側であって尿素ＳＣＲ触媒２７よりも上流側の排気通路１３部分に配置されており、制御装置３０によって制御されて、尿素水溶液を排気中に噴射する。尿素ＳＣＲ触媒２７は、排気中のＮＯｘを選択的に還元する触媒であり、例えば、バナジウム、モリブデン、タングステン等の卑金属酸化物等を用いることができる。アンモニアスリップ触媒２８は、尿素ＳＣＲ触媒２７を通過したアンモニアを酸化させる酸化触媒である。   The urea SCR device 25 includes a urea water injection valve 26, a urea SCR catalyst 27, and an ammonia slip catalyst 28. The urea water injection valve 26 is disposed in the exhaust passage 13 portion downstream of the filter 23 and upstream of the urea SCR catalyst 27, and is controlled by the control device 30 to inject the urea aqueous solution into the exhaust gas. To do. The urea SCR catalyst 27 is a catalyst that selectively reduces NOx in the exhaust gas. For example, a base metal oxide such as vanadium, molybdenum, or tungsten can be used. The ammonia slip catalyst 28 is an oxidation catalyst that oxidizes ammonia that has passed through the urea SCR catalyst 27.

尿素ＳＣＲ装置２５は、例えば以下の手法によって排気中のＮＯｘ濃度を低減させている。まず、排気中のＮＯｘは尿素ＳＣＲ触媒２７に吸着される。尿素水噴射弁２６が排気中に尿素水溶液を噴射すると、噴射された尿素水溶液中の尿素は加水分解され、この結果、アンモニアが生成される。このアンモニアは、尿素ＳＣＲ触媒２７の触媒作用を利用して、尿素ＳＣＲ触媒２７に吸着している排気中のＮＯｘを還元させる。これにより、ＮＯｘは窒素と水とに分解される。このようにして、尿素ＳＣＲ装置２５は、排気中のＮＯｘ濃度を低減させて、ＮＯｘの大気への放出の抑制を効果的に図っている。また、ＮＯｘの還元に寄与しなかったアンモニアは、アンモニアスリップ触媒２８によって酸化される。これにより、アンモニアが内燃機関システム１の外部に漏出することが抑制されている。   The urea SCR device 25 reduces the NOx concentration in the exhaust gas by, for example, the following method. First, NOx in the exhaust is adsorbed by the urea SCR catalyst 27. When the urea water injection valve 26 injects the urea aqueous solution into the exhaust, urea in the injected urea aqueous solution is hydrolyzed, and as a result, ammonia is generated. This ammonia uses the catalytic action of the urea SCR catalyst 27 to reduce NOx in the exhaust gas adsorbed on the urea SCR catalyst 27. Thereby, NOx is decomposed into nitrogen and water. In this way, the urea SCR device 25 effectively reduces the NOx concentration in the exhaust gas and effectively suppresses the release of NOx into the atmosphere. Further, ammonia that has not contributed to the reduction of NOx is oxidized by the ammonia slip catalyst 28. Thereby, it is suppressed that ammonia leaks outside the internal combustion engine system 1.

また、本実施形態に係る内燃機関システム１は、尿素ＳＣＲ装置２５の触媒（具体的には尿素ＳＣＲ触媒２７及びアンモニアスリップ触媒２８）の熱が尿素ＳＣＲ装置２５の周辺部に伝達することを抑制する部材として、ヒートプロテクタ４０を備えている。具体的には、本実施形態に係るヒートプロテクタ４０は、尿素ＳＣＲ触媒２７及びアンモニアス
リップ触媒２８の外側にある排気通路１３の外周部分に、この排気通路１３の外周部分を全体的に覆うように配置されている。また、ヒートプロテクタ４０は、断熱材を含んでおり、これによりヒートプロテクタ４０の熱伝導率は排気通路１３の熱伝導率よりも低くなっている。このヒートプロテクタ４０を備えることにより、尿素ＳＣＲ装置２５の触媒の熱によって、尿素ＳＣＲ装置２５の周辺の雰囲気が加熱されて、高温になることが抑制されている。 Further, the internal combustion engine system 1 according to the present embodiment suppresses the heat of the catalyst of the urea SCR device 25 (specifically, the urea SCR catalyst 27 and the ammonia slip catalyst 28) from being transmitted to the peripheral portion of the urea SCR device 25. A heat protector 40 is provided as a member to perform. Specifically, the heat protector 40 according to the present embodiment covers the outer peripheral portion of the exhaust passage 13 on the outer peripheral portion of the exhaust passage 13 outside the urea SCR catalyst 27 and the ammonia slip catalyst 28. Has been placed. Further, the heat protector 40 includes a heat insulating material, so that the heat conductivity of the heat protector 40 is lower than the heat conductivity of the exhaust passage 13. By providing the heat protector 40, the atmosphere around the urea SCR device 25 is heated by the heat of the catalyst of the urea SCR device 25, and the temperature is suppressed from becoming high.

なお、これは後述するが、本実施形態に係るフィルター装置２１の場合、熱交換器５４がフィルター装置２１のヒートプロテクタとしての機能を有しているので、フィルター装置２１には、熱交換器５４以外のヒートプロテクタは配置されていない。   As will be described later, in the case of the filter device 21 according to the present embodiment, since the heat exchanger 54 has a function as a heat protector of the filter device 21, the filter device 21 includes the heat exchanger 54. Heat protectors other than are not arranged.

制御装置３０は、内燃機関１０の燃料噴射時期や燃料噴射量等を制御することで内燃機関１０の動作を制御するとともに、尿素水噴射弁２６の動作や、後述する廃熱回収装置５０のポンプ５３の動作も制御する。このような制御装置３０として、本実施形態においては、制御部としての機能を有するＣＰＵ３１と、ＣＰＵ３１の動作に用いられる各種データやプログラム等を記憶する記憶部３２とを有する電子制御装置を用いている。記憶部３２としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の各種の記憶装置を用いることができる。   The control device 30 controls the operation of the internal combustion engine 10 by controlling the fuel injection timing, the fuel injection amount, and the like of the internal combustion engine 10, and the operation of the urea water injection valve 26 and the pump of the waste heat recovery device 50 described later. The operation of 53 is also controlled. As such a control device 30, in this embodiment, an electronic control device having a CPU 31 having a function as a control unit and a storage unit 32 for storing various data and programs used for the operation of the CPU 31 is used. Yes. As the storage unit 32, various storage devices such as a ROM and a RAM can be used.

続いて、廃熱回収装置５０の詳細について説明する。廃熱回収装置５０はランキンサイクルシステム５１を備えている。このランキンサイクルシステム５１は、内燃機関１０に適用されており、作動流体（Ｆ）が循環する循環通路である作動流体循環通路５２と、この作動流体循環通路５２に順に配置されたポンプ５３、熱交換器５４、膨張器５５及び凝縮器５６を備えている。なお、本実施形態においては、作動流体の一例として、水を用いている。   Next, details of the waste heat recovery apparatus 50 will be described. The waste heat recovery apparatus 50 includes a Rankine cycle system 51. The Rankine cycle system 51 is applied to the internal combustion engine 10, and includes a working fluid circulation passage 52 that is a circulation passage through which a working fluid (F) circulates, a pump 53 that is sequentially disposed in the working fluid circulation passage 52, and heat An exchanger 54, an expander 55 and a condenser 56 are provided. In the present embodiment, water is used as an example of the working fluid.

ポンプ５３は、作動流体を圧送するポンプである。ポンプ５３は、制御装置３０によって制御されることで駆動する。このようなポンプ５３の一例として、本実施形態においては、電動式の流体ポンプを用いている。ポンプ５３によって圧送された作動流体（液体状態の作動流体）は、熱交換器５４に供給される。   The pump 53 is a pump that pumps the working fluid. The pump 53 is driven by being controlled by the control device 30. As an example of such a pump 53, an electric fluid pump is used in the present embodiment. The working fluid (liquid working fluid) pumped by the pump 53 is supplied to the heat exchanger 54.

熱交換器５４は、排気後処理装置２０の外周部分、具体的にはフィルター装置２１の外周部分に配置されており、熱交換器５４に供給された作動流体とフィルター装置２１の触媒（酸化触媒２２）との間で熱交換を行う。   The heat exchanger 54 is disposed on the outer peripheral portion of the exhaust aftertreatment device 20, specifically, the outer peripheral portion of the filter device 21, and the working fluid supplied to the heat exchanger 54 and the catalyst (oxidation catalyst) of the filter device 21. Heat exchange with 22).

具体的には、本実施形態に係る熱交換器５４は、フィルター装置２１の外側の排気通路１３の外周部分に、この排気通路１３の外周を全体的に覆うように配置されている。この熱交換器５４に供給された作動流体は、熱交換器５４において、酸化触媒２２の熱を受熱することで加熱されて気体（具体的には蒸気）になる。この気体となった作動流体は、膨張器５５に供給される。   Specifically, the heat exchanger 54 according to the present embodiment is disposed on the outer peripheral portion of the exhaust passage 13 outside the filter device 21 so as to entirely cover the outer periphery of the exhaust passage 13. The working fluid supplied to the heat exchanger 54 is heated by receiving heat of the oxidation catalyst 22 in the heat exchanger 54 to become a gas (specifically, vapor). The working fluid that has become the gas is supplied to the expander 55.

膨張器５５は、膨張器５５に供給された作動流体を膨張させて、エネルギーを出力する装置である。本実施形態においては、膨張器５５の一例として、蒸気タービンを用いている。この膨張器５５としての蒸気タービンには、発電機（図示せず）が装着されている。蒸気タービンは、蒸気タービンに供給された作動流体からの圧力を受けて回転し、この回転によって発電機が発電する。この発電された電力は、バッテリー等の充電装置（図示せず）に充電される。このようにして、本実施形態に係る膨張器５５は、作動流体を膨張させて、電気エネルギーを出力している。   The expander 55 is a device that expands the working fluid supplied to the expander 55 and outputs energy. In the present embodiment, a steam turbine is used as an example of the expander 55. A generator (not shown) is mounted on the steam turbine as the expander 55. The steam turbine rotates by receiving pressure from the working fluid supplied to the steam turbine, and the generator generates electricity by this rotation. The generated electric power is charged in a charging device (not shown) such as a battery. In this way, the expander 55 according to the present embodiment expands the working fluid and outputs electrical energy.

膨張器５５を経由した作動流体は凝縮器５６に供給される。凝縮器５６は、供給された作動流体を凝縮させて液体に戻す装置である。このような機能を有するものであれば、凝
縮器５６の具体的な構成は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る凝縮器５６は、凝縮器５６に供給された作動流体を外気との熱交換によって凝縮させて液体に戻すように構成されている。凝縮器５６を経由した作動流体（液体）は、ポンプ５３に戻り、再び熱交換器５４に供給される。 The working fluid that has passed through the expander 55 is supplied to the condenser 56. The condenser 56 is a device that condenses the supplied working fluid and returns it to a liquid. The specific configuration of the condenser 56 is not particularly limited as long as it has such a function, but the condenser 56 according to the present embodiment uses the working fluid supplied to the condenser 56 as outside air. It is configured to be condensed by heat exchange with the liquid and returned to the liquid. The working fluid (liquid) that has passed through the condenser 56 returns to the pump 53 and is supplied to the heat exchanger 54 again.

以上のように、廃熱回収装置５０のランキンサイクルシステム５１は、排気後処理装置２０の触媒の熱、具体的にはフィルター装置２１の酸化触媒２２の熱（廃熱）を回収して、エネルギー（具体的には電気エネルギー）を出力している。   As described above, the Rankine cycle system 51 of the waste heat recovery device 50 recovers the heat of the catalyst of the exhaust aftertreatment device 20, specifically, the heat (waste heat) of the oxidation catalyst 22 of the filter device 21. (Specifically, electric energy) is output.

続いて、制御装置３０によるポンプ５３の制御について説明する。制御装置３０は、排気後処理装置２０の触媒、具体的にはフィルター装置２１の酸化触媒２２の発熱量に応じてポンプ５３の出力を制御することで、酸化触媒２２の発熱量に応じて熱交換器５４に供給される作動流体の流量を制御している。すなわち、本実施形態に係る制御装置３０は、触媒の発熱量に応じて熱交換器５４に供給される作動流体の流量を制御する流量制御装置としての機能を有している。   Next, control of the pump 53 by the control device 30 will be described. The control device 30 controls the output of the pump 53 according to the amount of heat generated by the catalyst of the exhaust aftertreatment device 20, specifically, the oxidation catalyst 22 of the filter device 21, so that heat is generated according to the amount of heat generated by the oxidation catalyst 22. The flow rate of the working fluid supplied to the exchanger 54 is controlled. That is, the control device 30 according to this embodiment has a function as a flow rate control device that controls the flow rate of the working fluid supplied to the heat exchanger 54 in accordance with the calorific value of the catalyst.

具体的には、制御装置３０は、酸化触媒２２の発熱量が大きいほどポンプ５３の出力を増大させている。この制御装置３０による制御の具体例は以下のとおりである。   Specifically, the control device 30 increases the output of the pump 53 as the calorific value of the oxidation catalyst 22 increases. A specific example of control by the control device 30 is as follows.

まず、酸化触媒２２の発熱量は、特に、フィルター再生処理の実行時に増大する。そこで、制御装置３０は、このフィルター再生処理が実行された場合に、ポンプ５３の出力を、フィルター再生処理の実行開始前の時点におけるポンプ５３の出力よりも増大させることで、酸化触媒２２の発熱量が大きいほど熱交換器５４に供給される作動流体の流量を増大させている。   First, the calorific value of the oxidation catalyst 22 increases particularly when the filter regeneration process is executed. Therefore, when the filter regeneration process is executed, the control device 30 increases the output of the pump 53 more than the output of the pump 53 at the time before the start of the execution of the filter regeneration process. The flow rate of the working fluid supplied to the heat exchanger 54 is increased as the amount increases.

逆の視点でこれを説明すると、制御装置３０は、酸化触媒２２の発熱量が小さいほど熱交換器５４に供給される作動流体の流量を減少させているともいえる。これにより、熱交換器５４の作動流体との熱交換によって酸化触媒２２が過度に冷却されることを抑制することができる。   To explain this from the opposite viewpoint, it can be said that the control device 30 decreases the flow rate of the working fluid supplied to the heat exchanger 54 as the calorific value of the oxidation catalyst 22 decreases. Thereby, it can suppress that the oxidation catalyst 22 is cooled too much by the heat exchange with the working fluid of the heat exchanger 54.

なお、上述したフィルター再生処理の具体的な内容は、特に限定されるものではないが、以下の手法を用いることができる。例えば、内燃機関システム１が、酸化触媒２２よりも上流側の排気通路１３に、燃料を添加する排気管インジェクタ（図示せず）を備えている場合、制御装置３０は、フィルター再生処理において、この排気管インジェクタから燃料を排気通路１３内に添加させる。この排気通路１３内に添加された燃料は、酸化触媒２２において燃焼する。これにより、排気温度が上昇して高温になるので、この高温になった排気の熱によってフィルター２３のＰＭを燃焼させてフィルター２３を強制的に再生させることができる。   The specific content of the above-described filter regeneration processing is not particularly limited, but the following method can be used. For example, when the internal combustion engine system 1 includes an exhaust pipe injector (not shown) for adding fuel to the exhaust passage 13 upstream of the oxidation catalyst 22, the control device 30 performs this process in the filter regeneration process. Fuel is added into the exhaust passage 13 from the exhaust pipe injector. The fuel added into the exhaust passage 13 burns in the oxidation catalyst 22. As a result, the exhaust temperature rises to a high temperature, so that the PM of the filter 23 can be burned by the heat of the exhaust gas that has reached a high temperature and the filter 23 can be forcibly regenerated.

あるいは、フィルター再生処理として、ポスト噴射（これはメイン噴射よりも後の時期に気筒１１内へ燃料を噴射する燃料噴射制御である）を実行することで、排気温度を強制的に上昇させて、フィルター２３を強制的に再生することもできる。あるいは、フィルター再生処理として、ポスト噴射及び排気管インジェクタによる燃料添加の両方を実行することもできる。   Alternatively, by performing post injection (this is fuel injection control for injecting fuel into the cylinder 11 at a time later than the main injection) as filter regeneration processing, the exhaust temperature is forcibly raised, The filter 23 can be forcibly regenerated. Alternatively, both post-injection and fuel addition by an exhaust pipe injector can be executed as filter regeneration processing.

以上説明した本実施形態によれば、ランキンサイクルシステム５１の熱交換器５４の作動流体によって、フィルター装置２１の酸化触媒２２の熱（すなわち廃熱）を回収することができる。すなわち、本実施形態に係る熱交換器５４は、ヒートプロテクタとしての機能を有しつつ、廃熱を回収している。これにより、酸化触媒２２の熱によってフィルター装置２１の周辺の雰囲気が高温になることを抑制しつつ、廃熱を回収することができる。   According to this embodiment described above, the heat (that is, waste heat) of the oxidation catalyst 22 of the filter device 21 can be recovered by the working fluid of the heat exchanger 54 of the Rankine cycle system 51. That is, the heat exchanger 54 according to the present embodiment collects waste heat while having a function as a heat protector. Thus, waste heat can be recovered while suppressing the atmosphere around the filter device 21 from becoming high temperature due to the heat of the oxidation catalyst 22.

また本実施形態によれば、上述したように、フィルター装置２１の周辺の雰囲気が高温になることを抑制できるので、内燃機関システム１や車両におけるフィルター装置２１の配置箇所の自由度を向上させることもできる。   Further, according to the present embodiment, as described above, since the atmosphere around the filter device 21 can be suppressed from becoming high temperature, the degree of freedom of the arrangement location of the filter device 21 in the internal combustion engine system 1 or the vehicle is improved. You can also.

また本実施形態によれば、制御装置３０が酸化触媒２２の発熱量に応じて熱交換器５４に供給される作動流体の流量を制御しているので、酸化触媒２２の発熱量に応じて、熱交換器５４における酸化触媒２２と作動流体との間の熱交換を制御することができる。これにより、フィルター装置２１の周辺の雰囲気が高温になることを効果的に抑制することができる。また、酸化触媒２２が熱交換器５４の作動流体との熱交換によって過度に冷却されることを抑制することもできる。   Further, according to the present embodiment, since the control device 30 controls the flow rate of the working fluid supplied to the heat exchanger 54 according to the heat generation amount of the oxidation catalyst 22, according to the heat generation amount of the oxidation catalyst 22, The heat exchange between the oxidation catalyst 22 and the working fluid in the heat exchanger 54 can be controlled. Thereby, it can suppress effectively that the atmosphere around the filter apparatus 21 becomes high temperature. In addition, it is possible to suppress the oxidation catalyst 22 from being excessively cooled by heat exchange with the working fluid of the heat exchanger 54.

（実施形態２）
図２は本発明の実施形態２に係る廃熱回収装置５０ａを有する内燃機関システム１ａの構成を模式的に示す構成図である。本実施形態に係る廃熱回収装置５０ａのランキンサイクルシステム５１ａは、熱交換器５４ａの配置箇所が、フィルター装置２１ではなく、尿素ＳＣＲ装置２５に変更されている点において、図１に示すランキンサイクルシステム５１と異なっている。 (Embodiment 2)
FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of an internal combustion engine system 1a having a waste heat recovery apparatus 50a according to Embodiment 2 of the present invention. The Rankine cycle system 51a of the waste heat recovery apparatus 50a according to the present embodiment has a Rankine cycle shown in FIG. 1 in that the location of the heat exchanger 54a is changed to the urea SCR device 25 instead of the filter device 21. Different from the system 51.

熱交換器５４ａは、尿素ＳＣＲ装置２５の外周部分、具体的には尿素ＳＣＲ装置２５の触媒（尿素ＳＣＲ触媒２７及びアンモニアスリップ触媒２８）の外周部分に配置されており、熱交換器５４ａに供給された作動流体と尿素ＳＣＲ装置２５の触媒との間で熱交換を行う。   The heat exchanger 54a is disposed on the outer peripheral portion of the urea SCR device 25, specifically, on the outer peripheral portion of the catalyst (urea SCR catalyst 27 and ammonia slip catalyst 28) of the urea SCR device 25, and is supplied to the heat exchanger 54a. Heat exchange is performed between the generated working fluid and the catalyst of the urea SCR device 25.

具体的には、熱交換器５４ａは、尿素ＳＣＲ装置２５の尿素ＳＣＲ触媒２７及びアンモニアスリップ触媒２８の外側にある排気通路１３の外周部分に、この排気通路１３の外周を全体的に覆うように配置されている。熱交換器５４ａに供給された作動流体は、尿素ＳＣＲ触媒２７及びアンモニアスリップ触媒２８の熱を受熱することで加熱されて気体になる。この気体となった作動流体は、膨張器５５に供給される。   Specifically, the heat exchanger 54 a covers the outer periphery of the exhaust passage 13 entirely on the outer peripheral portion of the exhaust passage 13 outside the urea SCR catalyst 27 and the ammonia slip catalyst 28 of the urea SCR device 25. Has been placed. The working fluid supplied to the heat exchanger 54a is heated to gas by receiving heat from the urea SCR catalyst 27 and the ammonia slip catalyst 28. The working fluid that has become the gas is supplied to the expander 55.

なお、熱交換器５４ａの配置箇所は、上述したような尿素ＳＣＲ触媒２７及びアンモニアスリップ触媒２８の両方の外周部分に限定されるものではない。例えば熱交換器５４ａは、尿素ＳＣＲ触媒２７及びアンモニアスリップ触媒２８のいずれか一方の外周部分にのみ配置されて、他方の触媒の外周部分には配置されていなくてもよい。この構成の場合、熱交換器５４ａに供給された作動流体は、熱交換器５４ａの内側（内周側）に配置された尿素ＳＣＲ触媒２７又はアンモニアスリップ触媒２８の熱を受熱することで加熱されて気体になる。   In addition, the arrangement | positioning location of the heat exchanger 54a is not limited to the outer peripheral part of both the urea SCR catalyst 27 and the ammonia slip catalyst 28 as mentioned above. For example, the heat exchanger 54a may be disposed only on the outer peripheral portion of one of the urea SCR catalyst 27 and the ammonia slip catalyst 28, and may not be disposed on the outer peripheral portion of the other catalyst. In the case of this configuration, the working fluid supplied to the heat exchanger 54a is heated by receiving the heat of the urea SCR catalyst 27 or the ammonia slip catalyst 28 disposed on the inner side (inner peripheral side) of the heat exchanger 54a. Gas.

また本実施形態に係るフィルター装置２１の外周部分には、熱交換器の代わりにヒートプロテクタ４０ａが配置されている。具体的にはヒートプロテクタ４０ａは、フィルター装置２１の外周部分を覆うように配置されており、フィルター装置２１の酸化触媒２２の熱がフィルター装置２１の周辺に伝達することを抑制して、フィルター装置２１の周辺の雰囲気が高温になることを抑制している。   Moreover, the heat protector 40a is arrange | positioned instead of the heat exchanger in the outer peripheral part of the filter apparatus 21 which concerns on this embodiment. Specifically, the heat protector 40a is disposed so as to cover the outer peripheral portion of the filter device 21, and the heat of the oxidation catalyst 22 of the filter device 21 is suppressed from being transmitted to the periphery of the filter device 21, so that the filter device The atmosphere around 21 is prevented from becoming high temperature.

また、本実施形態に係る制御装置３０は、尿素ＳＣＲ装置２５の触媒の発熱量に応じてポンプ５３の出力を制御することで、この触媒の発熱量に応じて熱交換器５４ａに供給される作動流体の流量を制御している。なお、この触媒としては、尿素ＳＣＲ触媒２７を用いてもよく、アンモニアスリップ触媒２８を用いてもよく、この両方を用いてもよい。本実施形態においては、この触媒の一例として、尿素ＳＣＲ触媒２７を用いている。すなわち、本実施形態に係る制御装置３０は、尿素ＳＣＲ触媒２７の発熱量に応じて熱交換器５
４ａに供給される作動流体の流量を制御している。 Further, the control device 30 according to the present embodiment controls the output of the pump 53 in accordance with the heat generation amount of the catalyst of the urea SCR device 25, and is supplied to the heat exchanger 54a according to the heat generation amount of the catalyst. The flow rate of the working fluid is controlled. In addition, as this catalyst, the urea SCR catalyst 27 may be used, the ammonia slip catalyst 28 may be used, and both of these may be used. In this embodiment, the urea SCR catalyst 27 is used as an example of this catalyst. That is, the control device 30 according to this embodiment is configured so that the heat exchanger 5 corresponds to the amount of heat generated by the urea SCR catalyst 27.
The flow rate of the working fluid supplied to 4a is controlled.

具体的には制御装置３０は、尿素ＳＣＲ触媒２７の発熱量が大きいほどポンプ５３の出力を増大させることで熱交換器５４ａに供給される作動流体の流量を増大させている。この制御装置３０による制御の具体例は以下のとおりである。   Specifically, the control device 30 increases the flow rate of the working fluid supplied to the heat exchanger 54a by increasing the output of the pump 53 as the amount of heat generated by the urea SCR catalyst 27 increases. A specific example of control by the control device 30 is as follows.

まず、尿素ＳＣＲ触媒２７の発熱量は、特に、尿素水噴射弁２６による尿素水噴射が実行された場合に増大する。なお、この場合、アンモニアスリップ触媒２８の発熱量も増大する。そこで、本実施形態に係る制御装置３０は、この尿素水噴射が実行された場合に、ポンプ５３の出力を、尿素水噴射実行開始前の時点におけるポンプ５３の出力よりも増大させることで、尿素ＳＣＲ触媒２７の発熱量が大きいほど熱交換器５４ａに供給される作動流体の流量を増大させている。   First, the amount of heat generated by the urea SCR catalyst 27 increases particularly when urea water injection by the urea water injection valve 26 is executed. In this case, the calorific value of the ammonia slip catalyst 28 also increases. Therefore, when the urea water injection is executed, the control device 30 according to the present embodiment increases the output of the pump 53 more than the output of the pump 53 at the time before the start of the urea water injection. The larger the calorific value of the SCR catalyst 27, the greater the flow rate of the working fluid supplied to the heat exchanger 54a.

以上説明した本実施形態によれば、ランキンサイクルシステム５１ａの熱交換器５４ａの作動流体によって、尿素ＳＣＲ装置２５の触媒の熱を回収することができるので、この触媒の熱（すなわち廃熱）によって尿素ＳＣＲ装置２５の周辺の雰囲気が高温になることを抑制しつつ、廃熱を回収することができる。   According to this embodiment described above, since the heat of the catalyst of the urea SCR device 25 can be recovered by the working fluid of the heat exchanger 54a of the Rankine cycle system 51a, the heat of the catalyst (that is, waste heat) is used. Waste heat can be recovered while suppressing the atmosphere around the urea SCR device 25 from becoming high temperature.

また本実施形態によれば、上述したように、尿素ＳＣＲ装置２５の周辺の雰囲気が高温になることを抑制できるので、内燃機関システム１ａや車両における尿素ＳＣＲ装置２５の配置箇所の自由度を向上させることもできる。   Further, according to the present embodiment, as described above, since the atmosphere around the urea SCR device 25 can be prevented from becoming high temperature, the degree of freedom of the arrangement location of the urea SCR device 25 in the internal combustion engine system 1a and the vehicle is improved. It can also be made.

また本実施形態によれば、制御装置３０が尿素ＳＣＲ装置２５の触媒の発熱量に応じて熱交換器５４ａに供給される作動流体の流量を制御しているので、尿素ＳＣＲ装置２５の触媒の発熱量に応じて作動流体とこの触媒との間の熱交換を制御することができる。これにより、尿素ＳＣＲ装置２５の周辺の雰囲気が高温になることを効果的に抑制することができる。また、尿素ＳＣＲ装置２５の触媒が熱交換器５４ａの作動流体との熱交換によって過度に冷却されることを抑制することもできる。   Further, according to the present embodiment, since the control device 30 controls the flow rate of the working fluid supplied to the heat exchanger 54a in accordance with the heat generation amount of the catalyst of the urea SCR device 25, the catalyst of the urea SCR device 25 is controlled. The heat exchange between the working fluid and the catalyst can be controlled in accordance with the calorific value. Thereby, it can suppress effectively that the atmosphere around the urea SCR apparatus 25 becomes high temperature. Moreover, it can also suppress that the catalyst of the urea SCR apparatus 25 is cooled too much by heat exchange with the working fluid of the heat exchanger 54a.

（実施形態１及び実施形態２の変形例）
なお、廃熱回収装置のランキンサイクルシステムは、実施形態１に係る熱交換器５４の特徴と実施形態２に係る熱交換器５４ａの特徴とを両方備える構成とすることもできる。この場合、内燃機関システムは、図１のヒートプロテクタ４０や図２のヒートプロテクタ４０ａを備える代わりに、フィルター装置２１の外周部分に配置された熱交換器５４（図１）や尿素ＳＣＲ装置２５の外周部分に配置された熱交換器５４ａ（図２）を備えている。そして、このランキンサイクルシステムの熱交換器は、フィルター装置２１及び尿素ＳＣＲ装置２５の両方の外周部分に配置されて、熱交換器に供給された作動流体とフィルター装置２１の触媒及び尿素ＳＣＲ装置２５の触媒との間で熱交換を行う。 (Modification of Embodiment 1 and Embodiment 2)
In addition, the Rankine cycle system of the waste heat recovery apparatus can also be configured to include both the features of the heat exchanger 54 according to the first embodiment and the features of the heat exchanger 54a according to the second embodiment. In this case, the internal combustion engine system includes a heat exchanger 54 (FIG. 1) and a urea SCR device 25 arranged on the outer peripheral portion of the filter device 21 instead of including the heat protector 40 of FIG. 1 and the heat protector 40 a of FIG. 2. The heat exchanger 54a (FIG. 2) arrange | positioned at the outer peripheral part is provided. And the heat exchanger of this Rankine cycle system is arrange | positioned in the outer peripheral part of both the filter apparatus 21 and the urea SCR apparatus 25, the working fluid supplied to the heat exchanger, the catalyst of the filter apparatus 21, and the urea SCR apparatus 25. Heat exchange with the other catalyst.

本変形例によれば、ランキンサイクルシステムの熱交換器の作動流体によって、フィルター装置２１及び尿素ＳＣＲ装置２５の触媒の熱を回収することができるので、この触媒の熱（すなわち廃熱）によってフィルター装置２１及び尿素ＳＣＲ装置２５の周辺の雰囲気が高温になることを抑制しつつ、廃熱を回収することができる。   According to this modification, the heat of the catalyst of the filter device 21 and the urea SCR device 25 can be recovered by the working fluid of the heat exchanger of the Rankine cycle system. Waste heat can be recovered while suppressing the atmosphere around the device 21 and the urea SCR device 25 from becoming high temperature.

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Is possible.

１，１ａ 内燃機関システム
１０ 内燃機関
１３ 排気通路
２０ 排気後処理装置
２１ フィルター装置
２２ 酸化触媒（触媒）
２３ フィルター
２５ 尿素ＳＣＲ装置
２６ 尿素水噴射弁
２７ 尿素ＳＣＲ触媒（触媒）
２８ アンモニアスリップ触媒（触媒）
３０ 制御装置（流量制御装置）
４０，４０ａ ヒートプロテクタ
５０，５０ａ 廃熱回収装置
５１，５１ａ ランキンサイクルシステム
５２ 作動流体循環通路（循環通路）
５３ ポンプ
５４，５４ａ 熱交換器
５５ 膨張器
５６ 凝縮器 1, 1a Internal combustion engine system 10 Internal combustion engine 13 Exhaust passage 20 Exhaust aftertreatment device 21 Filter device 22 Oxidation catalyst (catalyst)
23 Filter 25 Urea SCR device 26 Urea water injection valve 27 Urea SCR catalyst (catalyst)
28 Ammonia slip catalyst (catalyst)
30 Control device (Flow control device)
40, 40a Heat protector 50, 50a Waste heat recovery device 51, 51a Rankine cycle system 52 Working fluid circulation passage (circulation passage)
53 Pump 54, 54a Heat exchanger 55 Expander 56 Condenser

Claims (2)

内燃機関に適用され、作動流体が循環する循環通路に順に配置された熱交換器、膨張器及び凝縮器を有するランキンサイクルシステムを備える廃熱回収装置において、
前記熱交換器が、前記内燃機関の排気通路に配置された排気後処理装置の外周部分に配置されて、前記熱交換器に供給された前記作動流体と前記排気後処理装置の触媒との間で熱交換を行うことを特徴とする廃熱回収装置。 In a waste heat recovery apparatus, which is applied to an internal combustion engine and includes a Rankine cycle system having a heat exchanger, an expander, and a condenser arranged in order in a circulation passage through which a working fluid circulates.
The heat exchanger is disposed at an outer peripheral portion of an exhaust aftertreatment device disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine, and between the working fluid supplied to the heat exchanger and a catalyst of the exhaust aftertreatment device. Waste heat recovery device that performs heat exchange at 前記触媒の発熱量に応じて、前記熱交換器に供給される前記作動流体の流量を制御する流量制御装置をさらに備える請求項１記載の廃熱回収装置。   The waste heat recovery apparatus according to claim 1, further comprising a flow rate control device that controls a flow rate of the working fluid supplied to the heat exchanger according to a calorific value of the catalyst.
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