JP4670837B2 - Engine exhaust heat recovery device and method - Google Patents
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Description
本発明はエンジンの排気ガスの排熱を利用して被加熱液体(例えばエンジン冷却水やオイル等)を加熱するエンジンの排熱回収装置および同方法に関する。 The present invention relates to an engine exhaust heat recovery apparatus and method for heating a liquid to be heated (for example, engine cooling water or oil) using exhaust heat of exhaust gas of the engine.
従来、エンジンの排気ガスの排熱を利用して被加熱液体を加熱する排熱回収装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an exhaust heat recovery apparatus that heats a liquid to be heated by using exhaust heat of engine exhaust gas is known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1には被加熱液体がエンジン冷却水であるものが開示されている。排熱回収装置でエンジン冷却水を加熱することにより、暖機性能や暖房機(ヒータ)の暖房立ち上がり性能を向上することができる。
特許文献1に示される排熱回収装置は、液状の冷媒を排熱で加熱して気化させる(加熱部)。そして気化冷媒と被加熱液体とを熱交換させ、気化冷媒を凝縮させる(凝縮部。同文献内では冷却部と称されている)。被加熱液体は、主に気化冷媒が凝縮するときに放出する潜熱により加熱される。特に同装置は、加熱部における冷媒伝熱用のフィンと排気ガスとの接触面積が、上流側よりも下流側の方が大きくなるように構成されており、それによって冷媒がより均等に受熱し、排熱回収効率が向上されるようになっている。
しかしながら、加熱部において冷媒が必ずしも充分な排熱を受熱できるとは限らない。例えばエンジン始動直後は排気ガス温度が低いので、冷媒が受ける排熱量は温間時に比べてかなり少ない。ところが、通常、被加熱液体の加熱要求があるときとは、まさにそのエンジン始動直後の排気ガス温度が低いときである。 However, the refrigerant cannot always receive sufficient exhaust heat in the heating unit. For example, since the exhaust gas temperature is low immediately after the engine is started, the amount of exhaust heat received by the refrigerant is considerably smaller than that in the warm state. However, the time when there is a request for heating of the liquid to be heated is usually when the exhaust gas temperature immediately after starting the engine is low.
このように、最も排熱の受熱要求が高いときに肝心の排熱の温度が低いというのが実情であって、このような状況下では特許文献1のように排熱回収効率を高めても、その効果は限定的とならざるを得ない。
In this way, the fact that the temperature of the essential exhaust heat is low when the demand for receiving exhaust heat is the highest is the actual situation. Under such circumstances, even if the exhaust heat recovery efficiency is increased as in
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、比較的排気ガス温度が低い場合であっても効果的に被加熱液体を加熱することができる排熱回収装置および同方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an exhaust heat recovery apparatus and method that can effectively heat a liquid to be heated even when the exhaust gas temperature is relatively low. Objective.
上記課題を解決するための請求項1に係る発明は、エンジンの排気ガスによる排熱を利用して被加熱液体を加熱する排熱回収装置であって、液状の冷媒を上記排熱で加熱して気化させる加熱部と、上記加熱部で気化された上記冷媒を熱交換によって凝縮させる凝縮部と、上記加熱部と上記凝縮部との間の冷媒通路上に設けられ、上記気化冷媒と接触可能に蓄熱材が配設された加熱促進部とを備え、上記蓄熱材は、上記気化冷媒との間で発熱反応を行うことにより、上記凝縮部に送られる上記気化冷媒の温度を上昇させるものであり、
上記加熱促進部を通って温度上昇した上記気化冷媒が上記凝縮部において上記被加熱液体と熱交換することを特徴とする。
The invention according to
The vaporized refrigerant whose temperature has risen through the heating promoting part exchanges heat with the liquid to be heated in the condensing part.
請求項2に係る発明は、請求項1記載のエンジンの排熱回収装置において、上記加熱促進部は上記排熱を受けるように配設され、上記加熱部と上記加熱促進部とを連通する第1通路上にこれを開閉する第1通路弁が設けられ、上記第1通路弁は、上記被加熱液体の加熱要求があるときには開弁されるとともに加熱要求がないときには閉弁され、上記蓄熱材は、上記第1通路弁が閉弁された状態で上記排熱を受けることにより、上記発熱反応の逆反応を行うことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery apparatus for an engine according to the first aspect, the heating promoting portion is disposed so as to receive the exhaust heat, and the heating portion communicates with the heating promoting portion. A first passage valve that opens and closes the passage is provided on one passage, and the first passage valve is opened when there is a heating request for the liquid to be heated and is closed when there is no heating request. Is characterized by performing the reverse reaction of the exothermic reaction by receiving the exhaust heat in a state in which the first passage valve is closed.
請求項3に係る発明は、請求項1または2記載のエンジンの排熱回収装置において、上記気化冷媒の循環経路として、上記加熱部から上記加熱促進部を経由して上記凝縮部へ導かれる第1経路と、上記加熱部から上記加熱促進部をバイパスして上記凝縮部へ導かれる第2経路とを備え、上記気化冷媒は、上記被加熱液体の加熱要求があるときには上記第1経路を通され、加熱要求がないときには上記第2経路を通されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the engine exhaust heat recovery apparatus according to the first or second aspect of the present invention, as the circulation path of the vaporized refrigerant, the first is led from the heating unit to the condensing unit via the heating promoting unit. And a second path that bypasses the heating promoting section and is guided to the condensing section from the heating section, and the vaporized refrigerant passes through the first path when there is a heating request for the heated liquid. When there is no heating request, the second path is passed.
請求項4に係る発明は、請求項1乃至3の何れか1項に記載のエンジンの排熱回収装置において、上記冷媒が水であって、気化冷媒である水蒸気が流動する空間とエンジンの吸気系の負圧発生部とを連通させる負圧吸引通路と、上記負圧吸引通路を開閉する吸引通路弁とを備え、上記吸引通路弁は、エンジン駆動状態における少なくとも当該排熱回収装置の作動開始後の所定期間、開弁されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery apparatus for an engine according to any one of the first to third aspects, a space in which the refrigerant is water and water vapor that is a vaporized refrigerant flows, and the intake air of the engine And a suction passage valve for opening and closing the negative pressure suction passage, wherein the suction passage valve starts operation of at least the exhaust heat recovery device in an engine drive state. The valve is opened for a predetermined period thereafter.
請求項5に係る発明は、請求項1乃至4の何れか1項に記載のエンジンの排熱回収装置において、上記冷媒が水であり、上記蓄熱材の主成分が酸化マグネシウムであることを特徴とする。
The invention according to
請求項6に係る発明は、請求項1乃至5の何れか1項に記載のエンジンの排熱回収装置において、上記被加熱液体がエンジン冷却水であり、上記エンジン冷却水が循環する回路として、ラジエターを通るラジエター回路と、上記ラジエターをバイパスするバイパス回路と、エンジン冷間時に上記ラジエター回路を閉じるラジエター回路弁とを備え、当該排熱回収装置が上記バイパス回路に接続されていることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the engine exhaust heat recovery apparatus according to any one of
請求項7に係る発明は、エンジンの排気ガスによる排熱を利用して被加熱液体を加熱する排熱回収方法であって、液状の冷媒を上記排熱で加熱して気化させ、上記気化冷媒を、該気化冷媒との間で発熱反応を行う蓄熱材に接触させて反応させ、その発熱反応による熱で該気化冷媒の温度を上昇させ、温度上昇した上記気化冷媒を、上記被加熱液体と熱交換させて凝縮させることを特徴とする。
The invention according to
請求項1の発明によれば、以下説明するように、比較的排気ガス温度が低い場合であっても効果的に被加熱液体を加熱することができる。 According to the first aspect of the present invention, as will be described below, the liquid to be heated can be effectively heated even when the exhaust gas temperature is relatively low.
本発明の構成によれば、加熱部での冷媒の蒸発(気化)→凝縮部での冷媒と被加熱液体との熱交換→冷媒の凝縮(液化)、という冷媒サイクルが行われる。この潜熱を利用した熱交換によって比較的低温の気化冷媒であっても効果的に被加熱液体を加熱することができる。 According to the configuration of the present invention, the refrigerant cycle of evaporation (vaporization) of the refrigerant in the heating unit → heat exchange between the refrigerant and the liquid to be heated in the condensation unit → condensation (liquefaction) of the refrigerant is performed. The liquid to be heated can be effectively heated even by a relatively low temperature vaporized refrigerant by heat exchange using the latent heat.
さらに本発明では、加熱部と凝縮部との間に蓄熱材を備えた加熱促進部が設けられている。この蓄熱材は、気化冷媒との間で発熱反応を行うことにより、凝縮部に送られる気化冷媒の温度を上昇させる。こうして、蓄熱材を設けない場合に比べて熱交換時の冷媒の温度を高めることができるので、比較的排気ガス温度が低い場合であっても効果的に被加熱液体を加熱することができる。 Furthermore, in this invention, the heating promotion part provided with the thermal storage material is provided between the heating part and the condensation part. This heat storage material raises the temperature of the vaporized refrigerant sent to the condensing part by performing an exothermic reaction with the vaporized refrigerant. In this way, since the temperature of the refrigerant during heat exchange can be increased compared to the case where no heat storage material is provided, the heated liquid can be effectively heated even when the exhaust gas temperature is relatively low.
請求項2の発明によれば、以下説明するように、装置を小型化したりメンテナンスフリー化したりすることが容易となる。 According to the second aspect of the present invention, as will be described below, it is easy to downsize the apparatus or make it maintenance-free.
加熱促進部に収容し得る蓄熱材の量には限度があるから、上記発熱反応のみを行わせた場合、いずれ限界に達してそれ以上の発熱反応が行われなくなる。従って、その限界点を遅らせるために大量の蓄熱材を収容したり、頻繁に蓄熱材を交換したりすることが余儀なくされる。 Since there is a limit to the amount of the heat storage material that can be accommodated in the heating promoting portion, when only the exothermic reaction is performed, the limit is eventually reached and no further exothermic reaction is performed. Accordingly, it is necessary to accommodate a large amount of heat storage material or frequently change the heat storage material in order to delay the limit point.
しかし本発明によれば、発熱反応後の蓄熱材に排熱を当てることにより、発熱反応の逆反応が行われる。つまり蓄熱材を発熱反応前の状態に戻すことができる(以下これを再生という)。この再生を適宜行うことにより、同じ蓄熱材に何度でも発熱反応を繰り返させることができる。従って、必要な蓄熱材の量が比較的少なくて済み、装置の小型化を実現することができる。また頻繁な蓄熱材の交換も不要となるので容易にメンテナンスフリー化することができる。 However, according to the present invention, the reverse reaction of the exothermic reaction is performed by applying exhaust heat to the heat storage material after the exothermic reaction. That is, the heat storage material can be returned to the state before the exothermic reaction (hereinafter referred to as regeneration). By appropriately performing this regeneration, the same heat storage material can be repeatedly subjected to an exothermic reaction. Therefore, the amount of necessary heat storage material is relatively small, and the apparatus can be downsized. In addition, frequent replacement of the heat storage material is not required, so that maintenance can be easily performed.
なお、この再生において、第1通路弁が開弁されていると、加熱部からの冷媒の供給を受けて同時に発熱反応も行われる虞がある。そこで本発明では、再生中は第1通路弁を閉弁させ、冷媒の供給を停止させる。これにより、逆反応のみが行われ、適切な再生を実現することができる。 In this regeneration, if the first passage valve is opened, there is a possibility that an exothermic reaction may be performed simultaneously with the supply of the refrigerant from the heating unit. Therefore, in the present invention, during regeneration, the first passage valve is closed to stop the supply of refrigerant. Thereby, only a reverse reaction is performed and appropriate regeneration can be realized.
請求項3の発明によれば、以下説明するように、被加熱液体の加熱要求がないとき、これを不必要に加熱することを抑制することができる。 According to the third aspect of the present invention, as described below, when there is no request for heating the liquid to be heated, it is possible to suppress unnecessary heating.
気化した冷媒は、被加熱液体の加熱要求のあるときには第1経路を通される。これにより、上述のように高温での熱交換が行われ、被加熱液体が効果的に加熱される。 The vaporized refrigerant is passed through the first path when there is a request to heat the liquid to be heated. Thereby, heat exchange at high temperature is performed as described above, and the liquid to be heated is effectively heated.
一方、冷媒は、被加熱液体の加熱要求のないときには第2経路を通される。これによって蓄熱材の不必要な発熱反応が抑制され、以って冷媒の不必要な温度上昇も抑制することができる。従って被加熱液体の不必要な加熱を抑制することができる。 On the other hand, the refrigerant passes through the second path when there is no request for heating of the liquid to be heated. Thereby, an unnecessary exothermic reaction of the heat storage material is suppressed, and thus an unnecessary temperature rise of the refrigerant can be suppressed. Therefore, unnecessary heating of the liquid to be heated can be suppressed.
なお、冷媒と被加熱液体との熱交換を行わせる凝縮部以外に、第2経路上にも別途冷媒を凝縮させる凝縮部を設けても良い。その場合、冷媒と被加熱液体との熱交換自体を抑制することができ、被加熱液体の不必要な加熱を一層抑制することができる。 In addition to the condensing unit that exchanges heat between the refrigerant and the liquid to be heated, a condensing unit that condenses the refrigerant may also be provided on the second path. In that case, heat exchange itself between the refrigerant and the liquid to be heated can be suppressed, and unnecessary heating of the liquid to be heated can be further suppressed.
また、再生時において、冷媒を第2通路に通すと加熱促進部に逆流する虞のある場合には、再生中の第2経路の通過を禁止させるようにしても良い(加熱中でも再生中でもないときに第2経路を通す)。 Further, when the refrigerant passes through the second passage at the time of regeneration, the passage through the second path during regeneration may be prohibited (when heating or regeneration is not in progress). Through the second path).
請求項4の発明によれば、簡単な構成で気化冷媒(水蒸気)が流動する空間を減圧することができる。この減圧により水が蒸発し易くなるので、発熱反応をより促進することができる。 According to the invention of claim 4, the space in which the vaporized refrigerant (water vapor) flows can be decompressed with a simple configuration. Since the water is easily evaporated by this reduced pressure, the exothermic reaction can be further promoted.
請求項5の発明によれば、以下説明するように、エンジンの排熱回収に好適な蓄熱材の反応を行わせることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, as will be described below, the reaction of the heat storage material suitable for the exhaust heat recovery of the engine can be performed.
蓄熱材の主成分である酸化マグネシウムは、水(水蒸気)と水和反応して水酸化マグネシウムとなる(MgO+H2O→Mg(OH)2)。この水和反応は、水蒸気の温度が70〜80℃程度で行われる。これはエンジン始動直後の比較的低温の排気ガスでも実現可能な温度である。そしてこの水和反応によって、蓄熱材を通る水蒸気が150〜230℃程度に上昇する。従って、熱交換時の水蒸気温度を効果的に上昇させることができる。 Magnesium oxide, which is the main component of the heat storage material, hydrates with water (steam) to become magnesium hydroxide (MgO + H 2 O → Mg (OH) 2 ). This hydration reaction is performed at a water vapor temperature of about 70 to 80 ° C. This is a temperature that can be achieved even with a relatively low temperature exhaust gas immediately after engine startup. And by this hydration reaction, the water vapor | steam which passes along a thermal storage material rises to about 150-230 degreeC. Therefore, the water vapor temperature during heat exchange can be effectively increased.
上述したように、通常、被加熱液体の加熱要求はエンジン始動直後の排気ガス温度が低いときに高くなる。本発明によれば、そのようなときに冷媒の水蒸気温度を高めることができるので、被加熱液体の加熱要求に応えるのに好都合となっている。 As described above, normally, the heating requirement for the liquid to be heated increases when the exhaust gas temperature immediately after the engine is started is low. According to the present invention, since the water vapor temperature of the refrigerant can be increased in such a case, it is convenient to meet the heating requirement of the liquid to be heated.
一方、上記水和反応の逆反応(再生)は水酸化マグネシウムの脱水反応である。この脱水反応は、300℃程度の下で行われる。エンジン温間時の排気ガス温度は400℃以上にもなるから、この脱水反応を行わせるに充分な温度である。すなわち蓄熱材を適正に再生させることができる。 On the other hand, the reverse reaction (regeneration) of the hydration reaction is a dehydration reaction of magnesium hydroxide. This dehydration reaction is performed at about 300 ° C. Since the exhaust gas temperature when the engine is warm is 400 ° C. or higher, the temperature is sufficient to cause this dehydration reaction. That is, the heat storage material can be properly regenerated.
このように本発明の蓄熱材は、あたかも排気ガス温度が高いときにその熱を蓄熱し、排気ガス温度が低いときに蓄熱した熱を放出するかのように振舞う。また、蓄熱時(再生時)の高温の排熱は、本来そのまま棄てられるはずの熱であるところ、その熱が蓄熱され、被加熱液体の加熱要求のあるときに取出されて有効利用されているとも言える。 Thus, the heat storage material of the present invention behaves as if the heat is stored when the exhaust gas temperature is high and the stored heat is released when the exhaust gas temperature is low. Also, the high-temperature exhaust heat at the time of heat storage (regeneration) is heat that should be discarded as it is, but that heat is stored and taken out when there is a request for heating of the liquid to be heated and used effectively. It can also be said.
本発明の蓄熱材は、その蓄熱時や放熱時の反応温度が、それらを行わせたいときの排気ガス温度に都合よく合致しているので、エンジンの排熱回収装置に好適な蓄熱材となっている。 The heat storage material of the present invention is a heat storage material suitable for an exhaust heat recovery device of an engine because the reaction temperature at the time of heat storage or heat dissipation is conveniently matched to the exhaust gas temperature when it is desired to perform them. ing.
請求項6の発明によれば、以下説明するように、エンジンの暖機性能を効果的に向上させることができる。 According to the invention of claim 6, as described below, the warm-up performance of the engine can be effectively improved.
エンジン冷却水が循環する回路として、ラジエターを通るラジエター回路と、ラジエターをバイパスするバイパス回路と、エンジン冷間時にラジエター回路を閉じるラジエター回路弁(一般的にはサーモスタットが用いられる)とを備えた構成は従来知られたものである。冷間時に冷却水をバイパス回路のみに循環させることにより、冷間始動後の冷却水温度の上昇を促進し、暖機性能を向上させることができる。 A circuit that circulates the engine coolant includes a radiator circuit that passes through the radiator, a bypass circuit that bypasses the radiator, and a radiator circuit valve that closes the radiator circuit when the engine is cold (generally a thermostat is used) Is conventionally known. By circulating the cooling water only to the bypass circuit during the cold time, it is possible to promote an increase in the cooling water temperature after the cold start and improve the warm-up performance.
さらに本発明では、そのバイパス回路に当該エンジンの排熱回収装置が接続されているので、冷却水温度の上昇をさらに促進し、暖機性能を一層向上させることができる。 Furthermore, in the present invention, since the exhaust heat recovery device of the engine is connected to the bypass circuit, the rise of the coolant temperature can be further promoted and the warm-up performance can be further improved.
なお、このバイパス回路にヒータが接続されている場合には、ヒータの暖房立ち上がり性能も高めることができる。 In addition, when the heater is connected to this bypass circuit, the heating start-up performance of the heater can also be improved.
さらに、適宜切換え弁等を用いて、エンジン冷却水の加熱要求があるときのみ冷却水を当該排熱回収装置に導くようにすれば、不必要なエンジン冷却水の加熱をより確実に抑制することができる。 Furthermore, if the cooling water is guided to the exhaust heat recovery device only when there is a request for heating of the engine cooling water using an appropriate switching valve or the like, unnecessary heating of the engine cooling water can be more reliably suppressed. Can do.
請求項7の発明によれば、以下説明するように、比較的排気ガス温度が低い場合であっても効果的に被加熱液体を加熱することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, as will be described below, the liquid to be heated can be effectively heated even when the exhaust gas temperature is relatively low.
本発明の構成によれば、冷媒の蒸発(気化)→冷媒と被加熱液体との熱交換→冷媒の凝縮(液化)、という冷媒サイクルが行われる。この潜熱を利用した熱交換によって比較的低い冷媒の温度差であっても効果的に被加熱液体を加熱することができる。 According to the configuration of the present invention, the refrigerant cycle of evaporation (vaporization) of refrigerant → heat exchange between the refrigerant and the liquid to be heated → condensation (liquefaction) of the refrigerant is performed. Even if the temperature difference of the refrigerant is relatively low, the liquid to be heated can be effectively heated by heat exchange using the latent heat.
さらに本発明では、気化冷媒を、該気化冷媒との間で発熱反応を行う蓄熱材に接触させて反応させ、その発熱反応による熱で気化冷媒の温度を上昇させる。こうすることにより、蓄熱材を設けない場合に比べて熱交換時の冷媒の温度を高めることができる。従って、比較的排気ガス温度が低い場合であっても効果的に被加熱液体を加熱することができる。 Further, in the present invention, the vaporized refrigerant is allowed to react with the heat storage material that performs an exothermic reaction with the vaporized refrigerant, and the temperature of the vaporized refrigerant is increased by the heat generated by the exothermic reaction. By carrying out like this, the temperature of the refrigerant | coolant at the time of heat exchange can be raised compared with the case where a heat storage material is not provided. Therefore, even when the exhaust gas temperature is relatively low, the liquid to be heated can be effectively heated.
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の第1実施形態に係る排熱回収装置を含むエンジン冷却水の概略回路図である。エンジン冷却水が循環する回路として、ラジエター9を通るラジエター回路18と、ラジエター9をバイパスするバイパス回路11とに大別される。また、冷却水温度が所定値以下のときにラジエター回路18を閉じるサーモスタット6(ラジエター回路弁)が設けられている。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of engine cooling water including an exhaust heat recovery apparatus according to the first embodiment of the present invention. Circuits through which engine coolant circulates are roughly divided into a
まずバイパス回路11について説明する。エンジン冷間時でサーモスタット6が閉じているときには、冷却水はバイパス回路11のみを循環する。
First, the
バイパス回路11は、ウォータポンプ5からエンジン本体2に入り、シリンダブロック3とシリンダヘッド4を経由してエンジン本体2を出る。その後、バイパス回路11は冷間第1経路14、冷間第2経路15および冷間第3経路16に並列的に分岐する。冷間第1経路14はEGRバルブ7及びスロットルボディ8の近傍を通る。これらは周知の部材なので簡単に説明するが、EGRバルブ7はEGR(排気再循環)を行うためのEGR通路上に設けられたバルブである。スロットルボディ8は負荷に応じてエンジンの吸気量を調節するスロットルバルブを備えた部材である。
The
また冷間第2経路15は暖房用のヒータ10の近傍を通る。
The cold
そして冷間第3経路16には排熱回収装置30が接続されている。排熱回収装置30は、排気管25を流れる排気ガスの排熱を利用して、被加熱液体(当実施形態ではエンジン冷却水)を加熱する装置である。冷却水は、冷間第3経路16から切換弁21(三方弁)を介して冷却水アウト経路22に送られる。そして排熱回収装置30で加熱された冷却水は冷却水イン経路23から冷間第3経路16に戻される。
The exhaust
冷間第1経路14、冷間第2経路15及び冷間第3経路16は最終的に合流してウォータポンプ5に戻る。
The cold
冷却水は、冷間時においてはバイパス回路11(冷間第1、第2、第3経路14、15、16を含む)のみを循環することにより、エンジン本体2で受けた熱をエンジン本体2の低温部やEGRバルブ7及びスロットルボディ8に効率良く伝達し、これらを適温にまで早期に上昇させる。(暖機)。またヒータ10に熱を供給して暖房を早期に立上げる。さらに冷却水を排熱回収装置30に通すことにより、冷却水の温度上昇を一層促進することができ、暖機性能や暖房立ち上がり性能を向上させることができる。排熱回収装置30の詳細については後述する。
When the cooling water is cold, it circulates only through the bypass circuit 11 (including the cold first, second, and
一方、ラジエター回路18は冷却水をラジエター9に通す回路である。エンジンの温間時(冷却水温度が所定値以上のとき)、サーモスタット6が開くことにより冷却水はラジエター回路18をも循環する。ラジエター回路18は、シリンダヘッド4を出た後のバイパス回路11から分岐し、ラジエター9を通りサーモスタット6を経由してウォータポンプ5に戻る。冷却水がラジエター9で外気(走行風)と熱交換し、効率良く冷却されるので、温間時における適切なエンジン本体2の冷却が行われる。
On the other hand, the
なお温間時には切換弁21が冷却水アウト経路22を遮断し、冷却水を排熱回収装置30に導かないように構成されている。これにより、冷却水の不必要な温度上昇が抑制される。
In addition, the switching
図2は、排熱回収装置30及びその近傍を模式的に示す斜視図である。排熱回収装置30は、排気管25の途中に配設される。排熱回収装置30は、上流側排気管25aから排気ガス27を受入れて受熱し、下流側排気管25bに送出する。排熱回収装置30は比較的排気管25の上流位置に設けられるのが好ましく、例えばエンジン排気管の最上流位置に触媒装置が設けられている場合、そのすぐ下流位置に設けるのが好ましい。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the exhaust
本実施形態では、排熱回収装置30の本体上面から冷却水入口61と冷却水出口63とが導出されている。冷却水入口61は冷却水アウト経路22(図1)と、冷却水出口63は冷却水イン経路23(図1)と、それぞれ接続されており、これらと冷却水Wcの授受を行う。排熱回収装置30の本体側方外部には後述する第4通路44が導出され、これに凝縮器37bが設けられている。また排熱回収装置30の本体側方外部には後述する負圧吸引通路47が導出されている。負圧吸引通路47は、エンジンンの吸気系の負圧発生部(図略)に連通しており、必要に応じてその負圧によって排熱回収装置30内の空気Aが吸い出され、減圧されるようになっている。負圧吸引通路47には凝縮器48が設けられている。
In the present embodiment, the cooling
図3は、排熱回収装置30の模式図である。この模式図は、排熱回収装置30の縦断面図(排気管25の軸方向に垂直な面での断面図)に略対応している。排熱回収装置30は、その内部が2室構造となっており、下方の第1室31と上方の第2室32を備える。
FIG. 3 is a schematic diagram of the exhaust
第1室31は排気管25(その概略位置を二点鎖線で示す)に接続される部位であり、上流側排気管25aから流入した排気ガス27が第1室31内を通り、下流側排気管25bに抜けるようになっている。図3では排気ガス27の流れ方向は紙面に垂直な方向となる。
The
第1室31の内部には、排気ガス27の排熱を効率良く受熱するためのフィン34が多数配列されており、加熱部33が形成されている。加熱部33の下部(第1室31の底部)には液状の冷媒(本実施形態では水Wr)が貯溜されている。加熱部33の下部で排熱を受熱した水Wrから気化冷媒(本実施形態では水蒸気Ws)が蒸発して上昇し、加熱部33で排熱を受熱しつつフィン34の隙間を通って加熱部33の上方に抜けるように構成されている。
A large number of
第1室31の上部には粒状の蓄熱材36(本実施形態では酸化マグネシウムMgOを主要成分とする)を収容した加熱促進部35が設けられている。加熱部33と加熱促進部35とは第1通路41で連通されている。第1通路41にはこれを開閉する第1通路弁51が設けられている。
In the upper part of the
第2室32には、第1凝縮部37aが配設されている。第1凝縮部37aは、後述する第2凝縮器37bとで全体として凝縮部37を構成する。凝縮部37は、熱交換によって水蒸気Wsを凝縮させる(水Wrに戻す)部位である。
In the
第1凝縮部37aと排熱回収装置30の本体外部(上部)とを連通する冷却水入口61及び冷却水出口63が配設されている。また冷却水入口61と冷却水出口63とは第1凝縮部37aの内部で熱交換通路62を介して接続されている。従って、冷却水入口61から導入された冷却水Wcが熱交換通路62を通って冷却水出口63へ導出されるように構成されている(白抜き矢印で示す)。熱交換通路62には、水蒸気Wsと冷却水Wcとの熱交換効率を高めるための多数のフィン38が多数列設されている。
A cooling
加熱部33と第1凝縮部37aとは第2通路42で連通されている。第2通路42にはこれを開閉する第2通路弁52が設けられている。第2通路42と第1凝縮部37aとの接続部は、第1凝縮部37aの下流側(フィン38の列設方向一端側)に設けるのが望ましい。
The
一方、加熱促進部35と第1凝縮部37aとは第3通路43で連通されている。第3通路43にはこれを開閉する第3通路弁53が設けられている。第3通路43と加熱促進部35との接続部は、第1通路41と加熱促進部35との接続部より遠い位置に設けるのが望ましく、図示のように両接続部を、加熱促進部35の両端付近に設けるのがさらに望ましい。また第3通路43と第1凝縮部37aとの接続部は、第1凝縮部37aの上流側(第2通路42と第1凝縮部37aとの接続部に対してフィン38群を挟んだ反対側)に設けるのが望ましい。
On the other hand, the
第1凝縮部37aの下流側と第1室31の下部(水Wrが貯溜されている箇所)とが、第4通路44で連通されている。第4通路44は排熱回収装置30の本体側方外部を通っている。第4通路44の上流側(第1凝縮部37aに近い位置)に、これを開閉する第4通路弁54が設けられている。また第4通路弁54より下流側に第2凝縮部37bが設けられている。第2凝縮部37bは空冷の凝縮器であって、排熱回収装置30の外部空気と水蒸気Wsとを熱交換させることにより、水蒸気Wsを凝縮させる。第4通路44は凝縮した水Wrを加熱部33の水Wr貯溜部に戻す。
The downstream side of the first condensing
また、第1凝縮部37aの下流側と排熱回収装置30の本体外部を連通する負圧吸引通路47が設けられている。上述したように負圧吸引通路47はエンジンンの吸気系の負圧発生部に連通している。負圧吸引通路47にはこれを開閉する吸引通路弁55が設けられている。吸引通路弁55の上流側(第1凝縮部37aに近い側)には空冷の凝縮器48が設けられている。凝縮器48は排熱回収装置30の外部空気と負圧吸引される空気Aとの間で熱交換を行い、その空気A中に含まれる水蒸気Wsを凝縮させる。
In addition, a negative
次に排熱回収装置30の動作について説明する。表1は、各弁51〜55の動作パターンを示す表である。
Next, the operation of the exhaust
表1には、予め設定されている5つのモード(減圧、初期、熱供給、再生、温間)のそれぞれについて、各弁51〜55の動作パターンが示されている。「○」は開弁、「×」は閉弁を示す。
Table 1 shows the operation patterns of the
表1を参照しつつ各モードについて説明する。No.1〜5が付された各モードは、エンジン冷間始動後、概ねこのNo.の順に図略の制御部(例えばエンジンコントロールユニットECUに組込まれている)によって実行される。具体的には各弁51〜55の開閉制御が行われる。
Each mode will be described with reference to Table 1. No. In each of the modes marked with 1 to 5, this No. Are executed by an unillustrated control unit (for example, incorporated in the engine control unit ECU). Specifically, opening / closing control of each of the
No.1の減圧モードは、排熱回収装置30内の空気Aを負圧吸引通路47から真空引きし、装置内気圧を減圧するモードである。減圧モードは、エンジンの冷間始動直後(排熱回収装置30の動作開始直後でもある)に所定期間実行される。この所定期間は、予め設定された時間でも良いし、別途圧力センサ等を設けて所定の気圧まで減圧された時点まで行うようにしても良い。
No. The first depressurization mode is a mode in which the air A in the exhaust
減圧モードでは、表1に示すように吸引通路弁55が開弁される。これにより、排熱回収装置30内がエンジン吸気系の負圧部と連通され、真空引きされる。その際、表1に示すように他の全ての弁51〜54も開弁されるので、排熱回収装置30内の各部から速やかに空気Aが抜かれる。減圧モードでは、排熱回収装置30内の気圧が約260mmHg(≒347hPa)程度に減圧される。
In the decompression mode, the
なお、真空引きされる空気Aは凝縮器48を通るので、空気A中に含まれる水蒸気Wsが凝縮器48によって凝縮され、排熱回収装置30内に戻される。従って冷媒としての水蒸気Wsが排熱回収装置30の外部に漏出することが抑制される。
Since the air A to be evacuated passes through the
吸引通路弁55は、この減圧モードのみで開弁され、他のモードでは閉弁される。
The
No.2の初期モードは、水蒸気Wsを必要な部位に早期に充満させるモードであり、通常、減圧モードに引き続いて実行される。初期モードでは、表1に示すように第4通路弁54と吸引通路弁55とが閉弁され、他の弁は開弁される。
No. The
エンジンが始動されると、加熱部33が排気ガス27の排熱を受け、水Wrが蒸発して多量の水蒸気Wsが発生する。排熱回収装置30を安定的に作動させるためには、水蒸気Wsを装置内に早期に充満させることが望ましい。一方、動作初期においては、第2凝縮部37bは殆ど必要とされないので、第4通路44は無駄容積となっている。そこで、第4通路弁54を閉じて第4通路44を遮断することにより、水蒸気Wsの充満容積を低減し、早期充満が図られる。
When the engine is started, the
初期モードの実行時間は比較的短時間であり、必要に応じて実行される(場合によってはこれを省略しても良い)。 The execution time of the initial mode is relatively short and is executed as necessary (this may be omitted in some cases).
No.3の熱供給モードは、最も特徴的かつ重要なモードであり、加熱促進部35によって水蒸気Wsの温度を一層上昇させるモードである。熱供給モードは、冷却水Wcの加熱要求があるとき、すなわち冷却水Wcの温度が所定値以下のときに、上記減圧モードまたは初期モードに引き続いて実行される。熱供給モードでは、表1に示すように第2通路弁52と吸引通路弁55とが閉弁され、他の弁は開弁される。
No. The third heat supply mode is the most characteristic and important mode, and is a mode in which the temperature of the water vapor Ws is further increased by the
また熱供給モードでは、切換弁21(図1)により冷却水Wcが冷却水アウト経路22に導かれる。従って、冷却水入口61から熱交換通路62を経由して冷却水出口63に抜ける冷却水Wcの流れ(白抜き矢印)が起こっている。なお、熱供給モードより前の減圧モードや初期モードから熱交換通路62に冷却水Wcを流しておいても良い。
In the heat supply mode, the cooling water Wc is guided to the cooling water out
図3には、熱供給モードにおける水蒸気Wsの流れを矢印で示す。熱供給モードでは、水蒸気Wsが加熱部33から加熱促進部35を経由して凝縮部37へ導かれる第1経路40が形成されている。詳しくは、水Wrから気化し、加熱部33を上昇する間に排気ガス27の排熱を受熱し、ある程度温度上昇した水蒸気Ws(約70〜80℃が好適)が第1通路41を経由して加熱促進部35に導かれる。そして加熱促進部35に収容された蓄熱材36の主要成分である酸化マグネシウム(MgO)と水和反応を起こす。水和反応は次の化学式(式1)で示される。
In FIG. 3, the flow of the water vapor Ws in the heat supply mode is indicated by arrows. In the heat supply mode, the
MgO+H2O→Mg(OH)2 ・・・(式1)
この水和反応は発熱反応であって、その熱が加熱促進部35を通る反応残部の水蒸気Wsの温度を150〜230℃に上昇させる。温度上昇した水蒸気Wsは第3通路43を通って第1凝縮部37aに導かれ、熱交換通路62を流れる冷却水Wcと熱交換して凝縮する。凝縮しなかった水蒸気Wsがある場合は、第4通路44に導かれ、第2凝縮部37bで凝縮されて水Wrの貯溜部に戻される。
MgO + H 2 O → Mg (OH) 2 (Formula 1)
This hydration reaction is an exothermic reaction, and the heat raises the temperature of the water vapor Ws in the reaction remaining portion that passes through the
一方、熱交換通路62で高温の水蒸気Wsと熱交換した冷却水Wcは、温度上昇して冷却水イン経路23を経てバイパス回路11(冷間第3経路16)に戻される。これにより、冷却水Wcの温度上昇をさらに促進し、暖機性能を一層向上させることができる。また、ヒータ10の暖房立ち上がり性能も高めることができる。
On the other hand, the cooling water Wc heat-exchanged with the high-temperature steam Ws in the
本願発明者による実験では、従来構造の暖機時間が約5分であるような場合に本実施形態を適用すると、暖機時間が約1分に短縮できることが確認された。 In the experiment by the inventors of the present application, it was confirmed that when this embodiment is applied when the warm-up time of the conventional structure is about 5 minutes, the warm-up time can be shortened to about 1 minute.
No.4の再生モードは、蓄熱材36に(式1)の逆反応(脱水反応)を起こさせるモードである。(式1)に示される水和反応により、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)が生成されるが、熱供給モードばかりでは、次第に酸化マグネシウムが消費され、ついには(式1)の水和反応を起こすことができなくなる。そこで、適宜再生モードを行うことにより、水酸化マグネシウムを酸化マグネシウムに戻す、つまり再生させるのである。
No. The regeneration mode 4 is a mode in which the
再生モードは、冷却水Wcの加熱要求がないとき、すなわち冷却水Wcの温度が所定値(例えばサーモスタット6が開く温度)以上の温間時に実行される。再生モードでは、表1に示すように第3通路弁53と第4通路弁54とが開弁され、他の弁は閉弁される。
The regeneration mode is executed when there is no heating request for the cooling water Wc, that is, when the temperature of the cooling water Wc is equal to or higher than a predetermined value (for example, the temperature at which the thermostat 6 opens). In the regeneration mode, as shown in Table 1, the
また再生モードでは、既に冷却水Wcの加熱要求がなくなっているので、切換弁21(図1)が冷却水アウト経路22を遮断する。従って冷却水入口61から熱交換通路62を経由して冷却水出口63に抜ける冷却水Wcの流れは起こらない。
Further, in the regeneration mode, since the heating request for the cooling water Wc has already disappeared, the switching valve 21 (FIG. 1) blocks the cooling water out
図4に、再生モードにおける水蒸気Wsの流れを矢印で示す。加熱促進部35では、第1通路弁51が閉じられて水蒸気Wsの供給が停止されるとともに400℃以上の高温の排熱を受けるので、熱供給モードで生成した水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)の脱水反応が行われる。脱水反応は次の科学式(式2)で示される。
In FIG. 4, the flow of water vapor Ws in the regeneration mode is indicated by arrows. In the
Mg(OH)2→MgO+H2O ・・・(式2)
この脱水反応により、150℃程度の水蒸気Wsが発生する。その水蒸気Wsは第3通路43を経て第1凝縮部37aに導かれる。上述のように熱交換通路62には冷却水Wcの流れが形成されていないので、冷却水Wcとの熱交換が抑制される。従って第1凝縮部37aでの凝縮も抑制される。そこで多くの水蒸気Wsは第4通路44に導かれ、第2凝縮部37bで凝縮されて水Wrの貯溜部に戻される。
Mg (OH) 2 → MgO + H 2 O (Formula 2)
By this dehydration reaction, water vapor Ws of about 150 ° C. is generated. The water vapor Ws is guided to the first condensing
一方、熱交換通路62での熱交換が抑制されるので、冷却水Wcの不必要な温度上昇が抑制される。
On the other hand, since heat exchange in the
以上の熱供給モード及び再生モードにおける蓄熱材36の作用を見ると、蓄熱材36は、あたかも再生モードにおいて高温の排気ガス27の排熱を蓄熱し、排気ガス温度が低い熱供給モードにおいて蓄熱した熱を放出するかのように振舞う。また再生モードにおける高温の排熱は、本来そのまま棄てられるはずの熱であるところ、その熱が蓄熱され、冷却水Wcの加熱要求のある熱供給モードにおいて取出されて有効利用されているとも言える。
Looking at the operation of the
蓄熱材36は、その蓄熱時や放熱時の反応温度が、それらを行わせたいときの排気ガス温度に都合よく合致しているので、排熱回収装置30に好適な蓄熱材となっている。
The
No.5の温間モードは、冷却水Wcの加熱要求がない温間時であって、再生モードを実行しないとき(通常は再生モードの後)に実行されるモードである。温間モードでは、表1に示すように第2通路弁52と第4通路弁54とが開弁され、他の弁は閉弁される。
No. The warm mode No. 5 is a mode that is performed when there is no request to heat the cooling water Wc and when the regeneration mode is not performed (usually after the regeneration mode). In the warm mode, as shown in Table 1, the
また温間モードでは、再生モードと同様、切換弁21(図1)が冷却水アウト経路22を遮断する。従って冷却水入口61から熱交換通路62を経由して冷却水出口63に抜ける冷却水Wcの流れは起こらない。
In the warm mode, similarly to the regeneration mode, the switching valve 21 (FIG. 1) blocks the cooling water out
図5に、温間モードにおける水蒸気Wsの流れを矢印で示す。温間モードでは、水蒸気Wsが加熱部33から加熱促進部35をバイパスして凝縮部37へ導かれる第2経路50が形成されている。詳しくは、水Wrから気化し、加熱部33を上昇した水蒸気Wsが第2通路42を経由して(加熱促進部35も第1凝縮部37aも通らずに)第4通路44に導かれる。そして第2凝縮部37bで凝縮されて水Wrの貯溜部に戻される。
In FIG. 5, the flow of the water vapor Ws in the warm mode is indicated by arrows. In the warm mode, the
こうすることにより、加熱促進部35における不必要な反応や冷却水Wcの不必要な温度上昇が抑制される。
By doing so, unnecessary reaction in the
次に本発明に係る第2実施形態について説明する。 Next, a second embodiment according to the present invention will be described.
図6は、第2実施形態の排熱回収装置80及びその近傍を模式的に示す斜視図である。なお、以下の図において既出の実施形態と同一または同様の部材については同一の符号を付し、その重複説明を省略する。
FIG. 6 is a perspective view schematically showing the exhaust
排熱回収装置80は、基本的な構成は第1実施形態の排熱回収装置30と同様であるが、図6に示すように、冷却水入口61及び冷却水出口63が排熱回収装置80の本体側面から導出されている点が主に排熱回収装置30と異なる。
The basic configuration of the exhaust
図7は、排熱回収装置80の模式図であって、第1実施形態の図3に対応する図である。排熱回収装置30は、その内部が2室構造となっており、排気管25に接続される第1室31と、その側方に突出する第2室32を備える。
FIG. 7 is a schematic diagram of the exhaust
第1室31の内部には、下方に加熱部33が、上方に加熱促進部35が配設され、加熱部33と加熱促進部35とは第1通路弁51を介して第1通路41で連通されている。
Inside the
第2室32には第1凝縮部37aが設けられている(フィン38の列設範囲近傍)。また第1凝縮部37aと排熱回収装置80の本体外部(側部)とを連通する冷却水入口61及び冷却水出口63が配設されている。
The
熱交換通路62及びフィン38の構成は第1実施形態と同様であるが、本実施形態では、これらの軸方向または列設方向が上下方向となっている。
The configurations of the
加熱促進部35と第1凝縮部37aとは第3通路43で連通されている。また加熱促進部35と第1室31及び第2室32の下部の水Wrの貯溜部とが第2凝縮部37bを介して第4通路44で連通されている。そして第3通路43と第4通路44との分岐点に第3通路弁56が設けられている。
The
第3通路弁56は三方弁であって、図示の状態で、左側通路が閉じられて第1凝縮部37aと第4通路44とが連通される状態(左×)と、右側通路が閉じられて加熱促進部35と第1凝縮部37aとが連通される状態(右×)と、下側通路が閉じられて加熱促進部35と第4通路44とが連通される状態(下×)との3通りに切換えられる。
The
また、加熱部33と第1凝縮部37aとが第2通路弁52を介して第2通路42で連通されている。
The
さらに、第1凝縮部37aと排熱回収装置80の本体外部を連通する負圧吸引通路47が設けられている。負圧吸引通路47には凝縮器48及び吸引通路弁55が設けられている。
Further, a negative
次に排熱回収装置80の動作について説明する。表2は、第1通路弁51、第2通路弁52、第3通路弁56及び吸引通路弁55の動作パターンを示す表である。
Next, the operation of the exhaust
表2において、各モードの目的とするところは第1実施形態と同様である。また第1通路弁51、第2通路弁52及び吸引通路弁55の動作も第1実施形態の表1と同様である。第1実施形態の第3通路弁53及び第4通路弁54に代えて設けられた第3通路弁56(三方弁)の動作が本実施形態に特有である。
In Table 2, the object of each mode is the same as in the first embodiment. The operations of the
No.1の減圧モードでは、表2に示すように吸引通路弁55が開弁され、排熱回収装置80内がエンジン吸気系の負圧部と連通され、真空引きされる。その際、表2に示すように第1、第2通路弁51,52が開弁され、第3通路弁56が(左×)とされるので、排熱回収装置80内の各部から速やかに空気Aが抜かれる(加熱促進部35内の空気Aは、加熱部33内の空気Aと一緒に第2通路42から第2室32に導かれ、そこから負圧吸引通路47に導かれる)。
No. In the
No.2の初期モードでは、表2に示すように第1、第2通路弁51,52が開弁され、第3通路弁56が(右×)とされ、吸引通路弁55が閉弁される。
No. In the second initial mode, as shown in Table 2, the first and
第3通路弁56によって第4通路44を遮断することにより、水蒸気Wsの早期充満が図られる。本実施形態においても、初期モードは必要に応じて実行され、場合によっては省略される。
By shutting off the
No.3の熱供給モードでは、表2に示すように第1通路弁51が開弁されるとともに第2通路弁52と吸引通路弁55とが閉弁され、第3通路弁56が(右×)とされる。
No. 3, the
図7には、熱供給モードにおける水蒸気Wsの流れを矢印で示す。熱供給モードでは、水蒸気Wsが加熱部33から加熱促進部35を経由して凝縮部37(第1凝縮部37a)へ導かれる第1経路40が形成されている。そして加熱促進部35において(式1)に示す水和反応が行われる。温度上昇した水蒸気Wsは第3通路43を通って第1凝縮部37aに導かれ、熱交換通路62を流れる冷却水Wcと熱交換して凝縮し、水Wrの貯溜部に戻される。
In FIG. 7, the flow of the water vapor Ws in the heat supply mode is indicated by arrows. In the heat supply mode, the
一方冷却水Wcは、熱交換通路62で高温の水蒸気Wsと熱交換することにより温度上昇が促進される。従って暖機性能を一層向上させることができる。また、ヒータ10の暖房立ち上がり性能も高めることができる。
On the other hand, the temperature of the cooling water Wc is promoted by exchanging heat with the high-temperature steam Ws in the
No.4の再生モードでは、表2に示すように第1,第2通路弁51,52および吸引通路弁55が閉弁され、第3通路弁56が(下×)とされる。
No. In the regeneration mode 4, as shown in Table 2, the first and
図8に、再生モードにおける水蒸気Wsの流れを矢印で示す。加熱促進部35では第1通路弁51の閉弁によって水蒸気Wsの供給が停止され、(式2)に示す脱水反応が行われる。そこで発生した約150℃の水蒸気Wsが第4通路44を通って第2凝縮部37bに導かれる。そして凝縮されて水Wrの貯溜部に戻される。
In FIG. 8, the flow of water vapor Ws in the regeneration mode is indicated by arrows. In the
一方、熱交換通路62においては冷却水Wcの流れが形成されておらず、第1凝縮部37aに高温の水蒸気Wsも導かれないので、冷却水Wcの不必要な温度上昇が抑制される。
On the other hand, the flow of the cooling water Wc is not formed in the
No.5の温間モードでは、表2に示すように第1通路弁51と吸引通路弁55とが閉弁されるとともに第2通路弁52が開弁され、第3通路弁56が(左×)とされる。
No. In the
図9に、温間モードにおける水蒸気Wsの流れを矢印で示す。温間モードでは、水蒸気Wsが加熱部33から加熱促進部35をバイパスして凝縮部37(第2凝縮部37b)へ導かれる第2経路50が形成されている。詳しくは、加熱部33の水蒸気が第2通路42から一旦第2室32に導かれ、一部は第1凝縮部37aで凝縮するが、大部分はさらに第4通路44を通って第2凝縮部37bに導かれる。そして凝縮されて水Wrの貯溜部に戻される。
In FIG. 9, the flow of the water vapor Ws in the warm mode is indicated by arrows. In the warm mode, the
こうすることにより、加熱促進部35における不必要な反応や冷却水Wcの不必要な温度上昇が抑制される。
By doing so, unnecessary reaction in the
次に本発明に係る第3実施形態について説明する。 Next, a third embodiment according to the present invention will be described.
図10は、第3実施形態の排熱回収装置90の模式図であって、第2実施形態の図7に対応する図である。排熱回収装置90は、第2実施形態の排熱回収装置80の構造をより簡潔にしたものであって、第4通路44及び第2凝縮部37bが省略されている点が主に排熱回収装置80と異なっている。
FIG. 10 is a schematic diagram of the exhaust
またそれに伴い、第3通路弁56(三方弁)に代えて第3通路弁57(開閉弁)が設けられている。第3通路弁57は、加熱促進部35と第2室32内の凝縮部37とを連通させる第3通路43を開閉する弁である。
Accordingly, a third passage valve 57 (open / close valve) is provided instead of the third passage valve 56 (three-way valve). The
次に排熱回収装置80の動作について説明する。表3は、第1〜第3通路弁51,52,57及び吸引通路弁55の動作パターンを示す表である。
Next, the operation of the exhaust
表3において、各モードの目的とするところは第2実施形態と同様である。また第1通路弁51、第2通路弁52及び吸引通路弁55の動作も第2実施形態の表2と同様である。第2実施形態の第3通路弁56に代えて設けられた第3通路弁57の動作が本実施形態に特有である。
In Table 3, the purpose of each mode is the same as in the second embodiment. The operations of the
No.1の減圧モードでは、表3に示すように吸引通路弁55が開弁され、排熱回収装置90内がエンジン吸気系の負圧部と連通され、真空引きされる。その際、表3に示すように他の弁51,52,57が全て開弁されるので、排熱回収装置90内の各部から速やかに空気Aが抜かれる。加熱促進部35内の空気Aは、第2通路42と第3通路43との両方から第2室32に導かれ、そこから負圧吸引通路47に導かれる。
No. In the
No.2の初期モードでは、表3に示すように吸引通路弁55が閉弁されるとともに他の弁51,52,57が全て開弁される。本実施形態では、第2実施形態の第4通路44に相当する部分(初期の無駄容積部分)がないので、吸引通路弁55を閉弁するだけで水蒸気Wsの早期充満が図られる。本実施形態においても、初期モードは必要に応じて実行され、場合によっては省略される。
No. In the
No.3の熱供給モードでは、表3に示すように第1通路弁51と第3通路弁57とが開弁されるとともに第2通路弁52と吸引通路弁55とが閉弁される。
No. In the third heat supply mode, as shown in Table 3, the
図10には、熱供給モードにおける水蒸気Wsの流れを矢印で示す。熱供給モードでは、水蒸気Wsが加熱部33から加熱促進部35を経由して凝縮部37へ導かれる第1経路40が形成されている。そして加熱促進部35において(式1)に示す水和反応が行われる。温度上昇した水蒸気Wsは第3通路43を通って凝縮部37に導かれ、熱交換通路62を流れる冷却水Wcと熱交換して凝縮し、水Wrの貯溜部に戻される。
In FIG. 10, the flow of the water vapor Ws in the heat supply mode is indicated by arrows. In the heat supply mode, the
一方冷却水Wcは、熱交換通路62で高温の水蒸気Wsと熱交換することにより温度上昇が促進される。従って暖機性能を一層向上させることができる。また、ヒータ10の暖房立ち上がり性能も高めることができる。
On the other hand, the temperature of the cooling water Wc is promoted by exchanging heat with the high-temperature steam Ws in the
No.4の再生モードでは、表3に示すように第3通路弁57が開弁され、他の弁が全て閉弁される。
No. In the regeneration mode 4, as shown in Table 3, the
図11に、再生モードにおける水蒸気Wsの流れを矢印で示す。加熱促進部35では第1通路弁51の閉弁によって水蒸気Wsの供給が停止され、(式2)に示す脱水反応が行われる。そこで発生した約150℃の水蒸気Wsが第3通路43を通って凝縮部37に導かれる。
In FIG. 11, the flow of water vapor Ws in the regeneration mode is indicated by arrows. In the
ここで、熱交換通路62における冷却水Wcの流れが形成されておらず、水蒸気Wsと冷却水Wcとの熱交換が抑制されている。しかし第2室32が直接排熱を受けず、それほど高温とならないことから、例えば第2室32の壁面を介して水蒸気Wsと外気との熱交換が行われる。それによって凝縮部37において水蒸気Wsの凝縮が行われ、水Wrの貯溜部に戻される。本実施形態は、このように特に凝縮器を設けなくても凝縮部37において水蒸気Wsの凝縮が行われる場合に好適である。
Here, the flow of the cooling water Wc in the
No.5の温間モードでは、表3に示すように第2通路弁52が開弁され、他の弁が全て閉弁される。
No. In the
図12に、温間モードにおける水蒸気Wsの流れを矢印で示す。温間モードでは、水蒸気Wsが加熱部33から加熱促進部35をバイパスして凝縮部37へ導かれる第2経路50が形成されている。詳しくは、加熱部33の水蒸気が第2通路42を経て凝縮部37に導かれる。そして上記再生モードと同様に、凝縮部37で凝縮されて水Wrの貯溜部に戻される。
In FIG. 12, the flow of the water vapor Ws in the warm mode is indicated by arrows. In the warm mode, the
こうすることにより、加熱促進部35における不必要な反応や冷却水Wcの不必要な温度上昇が抑制される。
By doing so, unnecessary reaction in the
以上、本発明の各実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では蓄熱材36の主成分として酸化マグネシウムMgOを挙げたが、この他に同様の蓄熱作用を有する材質、例えばゼオライト等を用いても良い。また冷媒は必ずしも水でなくても良い。
As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, the said embodiment can be suitably changed in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, although magnesium oxide MgO is mentioned as the main component of the
また上記各実施形態では被加熱液体が冷却水Wcであるとしたが、これをエンジンオイルや自動変速機用オイル(ATF)としても良い。 In each of the above embodiments, the liquid to be heated is the cooling water Wc. However, this may be engine oil or automatic transmission oil (ATF).
冷媒ガスの経路やバルブの種類や配置等は適宜設定して良く、上記各実施形態以外のものであっても良い。 The refrigerant gas path, the type and arrangement of the valves, and the like may be set as appropriate, and may be other than the above-described embodiments.
2 エンジン本体
6 サーモスタット(ラジエター回路弁)
9 ラジエター
11 バイパス回路
18 ラジエター回路
25 排気管
27 排気ガス
30 排熱回収装置
33 加熱部
35 加熱促進部
36 蓄熱材(酸化マグネシウムを主要成分とする)
37 凝縮部
40 第1経路
41 第1通路
47 負圧吸引通路
50 第2経路
51 第1通路弁
55 吸引通路弁
80 排熱回収装置
90 排熱回収装置
Wc エンジン冷却水(被加熱液体)
Wr 水(液体状の冷媒)
Ws 水蒸気(気化冷媒)
2 Engine body 6 Thermostat (radiator circuit valve)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9
37
Wr water (liquid refrigerant)
Ws Water vapor (vaporized refrigerant)
Claims (7)
液状の冷媒を上記排熱で加熱して気化させる加熱部と、
上記加熱部で気化された上記冷媒を熱交換によって凝縮させる凝縮部と、
上記加熱部と上記凝縮部との間の冷媒通路上に設けられ、上記気化冷媒と接触可能に蓄熱材が配設された加熱促進部とを備え、
上記蓄熱材は、上記気化冷媒との間で発熱反応を行うことにより、上記凝縮部に送られる上記気化冷媒の温度を上昇させるものであり、
上記加熱促進部を通って温度上昇した上記気化冷媒が上記凝縮部において上記被加熱液体と熱交換することを特徴とするエンジンの排熱回収装置。 An exhaust heat recovery device that heats a liquid to be heated using exhaust heat from exhaust gas from an engine,
A heating unit that heats and vaporizes the liquid refrigerant with the exhaust heat, and
A condensing unit for condensing the refrigerant vaporized in the heating unit by heat exchange;
A heating promotion part provided on a refrigerant passage between the heating part and the condensing part and provided with a heat storage material so as to be in contact with the vaporized refrigerant;
The heat storage material raises the temperature of the vaporized refrigerant sent to the condensing unit by performing an exothermic reaction with the vaporized refrigerant,
The exhaust heat recovery apparatus for an engine, wherein the vaporized refrigerant whose temperature has increased through the heating promoting portion exchanges heat with the liquid to be heated in the condensing portion.
上記加熱部と上記加熱促進部とを連通する第1通路上にこれを開閉する第1通路弁が設けられ、
上記第1通路弁は、上記被加熱液体の加熱要求があるときには開弁されるとともに加熱要求がないときには閉弁され、
上記蓄熱材は、上記第1通路弁が閉弁された状態で上記排熱を受けることにより、上記発熱反応の逆反応を行うことを特徴とする請求項1記載のエンジンの排熱回収装置。 The heating promotion part is arranged to receive the exhaust heat,
A first passage valve for opening and closing the first heating passage and the heating promotion portion is provided on a first passage communicating with the heating portion and the heating promotion portion.
The first passage valve is opened when there is a heating request for the liquid to be heated and closed when there is no heating request,
The exhaust heat recovery apparatus for an engine according to claim 1, wherein the heat storage material performs the reverse reaction of the exothermic reaction by receiving the exhaust heat in a state where the first passage valve is closed.
上記気化冷媒は、上記被加熱液体の加熱要求があるときには上記第1経路を通され、加熱要求がないときには上記第2経路を通されることを特徴とする請求項1または2記載のエンジンの排熱回収装置。 As a circulation path of the vaporized refrigerant, a first path led from the heating part to the condensing part via the heating promoting part, and a first path led from the heating part to the condensing part bypassing the heating promoting part. With two routes,
3. The engine according to claim 1, wherein the vaporized refrigerant is passed through the first path when there is a request to heat the liquid to be heated, and is passed through the second path when there is no request for heating. Waste heat recovery device.
気化冷媒である水蒸気が流動する空間とエンジンの吸気系の負圧発生部とを連通させる負圧吸引通路と、
上記負圧吸引通路を開閉する吸引通路弁とを備え、
上記吸引通路弁は、エンジン駆動状態における少なくとも当該排熱回収装置の作動開始後の所定期間、開弁されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のエンジンの排熱回収装置。 The refrigerant is water,
A negative pressure suction passage that connects a space in which water vapor that is a vaporized refrigerant flows and a negative pressure generating portion of an intake system of the engine;
A suction passage valve for opening and closing the negative pressure suction passage,
The exhaust heat of the engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the suction passage valve is opened at least for a predetermined period after the operation of the exhaust heat recovery device is started in the engine driving state. Recovery device.
上記蓄熱材の主成分が酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載のエンジンの排熱回収装置。 The refrigerant is water;
The engine exhaust heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a main component of the heat storage material is magnesium oxide.
上記エンジン冷却水が循環する回路として、ラジエターを通るラジエター回路と、上記ラジエターをバイパスするバイパス回路と、エンジン冷間時に上記ラジエター回路を閉じるラジエター回路弁とを備え、
当該排熱回収装置が上記バイパス回路に接続されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のエンジンの排熱回収装置。 The heated liquid is engine cooling water,
As a circuit through which the engine coolant circulates, a radiator circuit that passes through a radiator, a bypass circuit that bypasses the radiator, and a radiator circuit valve that closes the radiator circuit when the engine is cold,
6. The exhaust heat recovery apparatus for an engine according to claim 1, wherein the exhaust heat recovery apparatus is connected to the bypass circuit.
液状の冷媒を上記排熱で加熱して気化させ、
上記気化冷媒を、該気化冷媒との間で発熱反応を行う蓄熱材に接触させて反応させ、その発熱反応による熱で該気化冷媒の温度を上昇させ、
温度上昇した上記気化冷媒を、上記被加熱液体と熱交換させて凝縮させることを特徴とするエンジンの排熱回収方法。 An exhaust heat recovery method for heating a liquid to be heated using exhaust heat from exhaust gas from an engine,
The liquid refrigerant is heated with the exhaust heat and vaporized,
The vaporized refrigerant is allowed to react with a heat storage material that performs an exothermic reaction with the vaporized refrigerant, and the temperature of the vaporized refrigerant is increased by heat generated by the exothermic reaction.
An exhaust heat recovery method for an engine, wherein the vaporized refrigerant whose temperature has been increased is condensed by exchanging heat with the liquid to be heated.
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