(57)【要約】【課題】ブレイトンサイクルを利用したエネルギ回収装置の始動を効果的に行う。【解決手段】圧縮機１２からの作動流体が熱交換器２２が設けられた接続配管２０を経由して膨張機２４に供給される。一方、膨張機２４の流出管２６は、エンジン吸気管３２に接続可能になっている。そこで、エンジン吸気管３２に流出管２６を接続することでエンジン負圧を利用して、圧縮機１２および膨張機２４のロータを回転させてこれを始動することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体をロータを内蔵する圧縮機で圧縮し、得られた圧縮流体を排熱によって加熱し、加熱された圧縮流体を圧縮機のロータに連動する膨張機で膨張させて排出することによって、上記ロータの回転力によりエネルギを回収するブレイトンサイクルを利用した内燃機関の排熱エネルギ回収装置であって、
前記膨張機からの作動流体の排出経路を負圧発生源に接続し、前記ロータの回転を始動することを特徴とする排熱エネルギ回収装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記排熱は、内燃機関の排熱であり、前記負圧発生源として前記内燃機関に酸素含有ガスを供給する吸気管を利用することを特徴とする排熱エネルギ回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレイトンサイクルを利用した内燃機関排気熱エネルギ回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃費を上昇させるために燃焼後に排出される排気エネルギを回収する装置が知られている。例えば、ランキンサイクルを利用するものが特許文献１、スターリングエンジンなどの熱利用エンジンを内燃機関と組み合わせるものが特許文献２、スクロール膨張機内に直接排気を導入するものが特許文献３に提案されている。さらに、特許文献４には、シリンダピストン式圧縮機で圧縮した空気を排ガスとの熱交換により加熱しシリンダピストン式膨張機に導入し圧縮機を駆動して動力を発生するシステムが示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２０２８１号公報
【特許文献２】特開２００１−９９００３号公報
【特許文献３】特開２００３−１３８９３３号公報
【特許文献４】特表２００３−５０７６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、本出願人は、特願２００４−４４９６７において、ブレイトンサイクルを利用した内燃機関の排気熱エネルギ回収装置について提案した。この装置は、スクロール型の圧縮機とこの圧縮機に連動するスクロール型膨張機を有し、圧縮機から膨張機に送られる作動流体を排気熱によって加熱し、エネルギを回収する。このブレイトンサイクルを利用した装置では、作動流体を排気などにより加熱してエネルギを回収するので、排気などのエネルギ源の背圧が上昇することはなく、また作動流体の圧縮膨張を利用して効率的なエネルギ回収が行える。
【０００５】
ここで、このブレイトンサイクルを利用するエネルギ回収装置では、その始動時において、圧縮機および膨張機のスクロール型のロータを回転させる必要があり、始動用のモータなどを用意する必要がある。
【０００６】
本発明は、効率的な始動が行えるブレイトンサイクルを利用した排熱エネルギ回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、作動流体をロータを内蔵する圧縮機で圧縮し、得られた圧縮流体を排熱によって加熱し、加熱された圧縮流体を圧縮機のロータに連動する膨張機で膨張させて排出することによって、上記ロータの回転力によりエネルギを回収するブレイトンサイクルを利用した内燃機関の排熱エネルギ回収装置であって、前記膨張機からの作動流体の排出経路を負圧発生源に接続し、前記ロータの回転を始動することを特徴とする。
【０００８】
また、前記排熱は、内燃機関の排熱であり、前記負圧発生源として前記内燃機関に酸素含有ガスを供給する吸気管を利用することが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
このように、本発明によれば、負圧発生源の負圧を利用して、エネルギ回収装置を始動することができる。このため、始動のためのモータや動力伝達系などを不要として、装置の低コスト化、省スペース化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、一実施形態の構成を示しており、ステータ１０の一方側には、圧縮機１２が取り付けられている。この圧縮機１２は、内部にスクロール型のロータを有し、周辺部に作動流体の流入管１４が設けられている。この例では作動流体として空気が利用され、流入管１４に設けられたエアフィルタ１６を介し、吸気が圧縮機１２内部に流入する。
【００１２】
圧縮機１２のステータ１０とは反対側の中央部分からは、ロータの軸方向に伸びる接続配管２０の一端が接続されている。この接続配管２０の他端は、膨張機２４の中央部分に接続されている。また、接続配管２０の途中には、熱交換器２２が設けられており、この熱交換器２２に排ガスを供給することで、排ガスの熱によって接続配管２０中の作動流体が加熱される。
【００１３】
膨張機２４は、ステータ１０の圧縮機１２が取り付けられているのとは反対側に取り付けられている。膨張機２４は、その内部に圧縮機１２のロータと連動するスクロール型のロータを有しており、接続配管２０はそのロータの軸方向においてステータ１０とは反対側から接続されている。また、膨張機２４の周辺には、流出管２６が接続されている。
【００１４】
従って、作動流体である空気がエアフィルタ１６を介し、圧縮機１２に取り入れられ、ロータによって圧縮されて接続配管２０に流入し、ここで作動流体が加熱される。そして、加熱された作動流体は、膨張機２４に供給され、ここにおいて膨張されて流出管２６に排出される。このように、作動流体は熱交換器２２により排ガスの熱により膨張し、このエネルギがロータの回転力として回収される。
【００１５】
すなわち、大気圧Ｐ０の作動流体としての空気が圧縮機１２に導入され、接続配管２０内に圧力Ｐ１、体積Ｖ１で送り込まれる。この接続配管２０内の空気は、熱交換器２２において、加熱されて圧力Ｐ１、体積Ｖ２に膨張され膨張機２４に供給され、ロータに回転力を与えて、流出管２６に排出される。このときの圧力は基本的に大気圧Ｐ０である。
【００１６】
そして、膨張機２４からの流出管２６には、開閉弁２８が設けられた分岐管３０が接続されている。分岐管３０の他端は大気に開放されているため、開閉弁２８を開放することによって膨張機２４から排出される作動流体はそのまま大気中に排出される。一方、流出管２６の端部は、エンジン吸気管３２の中間部分に接続されている。このエンジン吸気管３２は一端がエアフィルタ３４に接続され、他端がエンジン３６に接続されている。そして、エンジン３６の駆動によって、エアフィルタ３４で浄化された空気がエンジン３６に供給され、エンジン３６が運転される。
【００１７】
また、エンジン吸気管３２の流出管２６の接続部には、エンジン３６をエアフィルタ３４に接続するか流出管２６に接続するかを切り替える切替弁３８が設けられている。さらに、ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０が設けられており、これにより、切替弁３８、開閉弁２８の動作が制御される。なお、エンジン吸気管３２には、スロットル弁４２が設けられ、これによってエンジン３６への供給空気量が制御される。
【００１８】
ここで、エンジン３６は、燃料と空気をシリンダ内に取り入れこれを爆発させてピストンの移動力をクランクで回転力として取り出す内燃機関であり、エンジン吸気管３２内には負圧が発生される。そこで、切替弁３８により、エアフィルタ３４側の経路を選択すれば、エンジン３６は通常の通りエアフィルタ３４で浄化されたエアを取り入れて運転される。このとき開閉弁２８を開いておくことで、膨張機２４から排出される作動流体は、開閉弁２８を介し大気に排出される。
【００１９】
一方、切替弁３８により流出管２６を選択し、開閉弁２８を閉じておくことによって、エンジン３６により発生した負圧によって、エアフィルタ１６、流入管１４、圧縮機１２、接続配管２０、膨張機２４、流出管２６、エンジン吸気管３２を介し、空気がエンジン３６に供給される。そして、このエンジン３６の負圧による空気の強制的な移動によって、圧縮機１２、膨張機２４のロータが強制的に回転される。
【００２０】
本実施形態においては、ユーザの操作などに基づき、エンジン３６の始動が要求された場合には、ＥＣＵ４０がエンジン３６を始動する。これによって、エンジン吸気管３２に負圧が発生する。このとき、切替弁３８はいずれに経路を選択していてもかまわないがこの例ではエアフィルタ３４を選択しておく。また、開閉弁２８は閉じておく。
【００２１】
エンジン３６の動作が安定して、エンジン吸気管３２に安定した負圧が得られている状態において、ＥＣＵ４０は、切替弁３８を切り替え流出管２６を選択する。これによって、エアフィルタ１６からの空気がエンジン吸気管３２に吸い込まれ、これによって圧縮機１２および膨張機２４のロータが回転される。一方、エンジンの排ガスが熱交換器２２に供給され、接続配管２０内の空気も加熱され、ブレイトンサイクルを利用したエネルギ回収装置が始動される。
【００２２】
このようにして、ロータが回転され、エネルギ回収装置が始動された場合には、ＥＣＵ４０が切替弁３８を切り替えエアフィルタ３４を選択するとともに、開閉弁２８を開ける。これによって、エンジン３６は、エアフィルタ３４から空気を取り入れて通常運転を行い、一方エネルギ回収装置は、熱交換器２２から熱エネルギを回収してロータを回収して通常運転に入る。
【００２３】
このように、本実施形態によれば、エネルギ回収装置の運転開始時において、エンジン吸気管３２に生じる負圧を利用してロータの回転を開始する。従って、ロータを回転されるためのモータなどが不要であり、設備を簡単にして設備のコストを下げるとともに省スペース化を図ることができる。
【００２４】
なお、始動時において、エネルギ回収装置の始動時において、エンジン３６の回転数を若干高めに設定し、エネルギ回収装置の始動を確実にすることも好適である。
【００２５】
このようなエネルギ回収装置は、車両に搭載することが好適であるが、他の用途の内燃機関における排熱回収に利用することもできる。
【００２６】
図２は、他の実施形態を示しており、この例ではエアフィルタ４４を設け、このエアフィルタ４４に流入管１４およびエンジン吸気管３２の両方が接続されている。この構成によって、エアフィルタを１つにすることができる。そして、上述の場合と同様の作用効果が得られる。
【００２７】
さらに、上述の例では、エンジン負圧を利用したが、負圧発生源としては車両のブレーキの能力を増強するブレーキブースター等もある。従って、この負圧をエンジン負圧に代えて利用することも可能である。さらに、回収対象の排熱は、必ずしもエンジン排ガスに限ることはなく、各種機器の排熱を回収することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態の構成を示す図である。
【図２】他の実施形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ステータ、１２  圧縮機、１４  流入管、１６，３４，４４  エアフィルタ、２０  接続配管、２２  熱交換器、２４  膨張機、２６  流出管、２８  開閉弁、３０  分岐管、３２  エンジン吸気管、３６  エンジン、３８  切替弁、４２  スロットル弁。
【図１】
2006274954.tif 000003
【図２】
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