(57)【要約】【課題】より簡便な構造で、触媒が触媒活性温度に到達する時間を阻害することなく、かつ効率的に排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーとして回収可能な廃熱回収発電装置を提供する。【解決手段】廃熱回収発電装置は、排気ガスを浄化する触媒を有する内燃機関の排気ガス経路に、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換部を有する。また排気ガス経路には、熱電変換部を迂回するバイパス経路が設けられる。排気ガスの温度及び／又は圧力が所定閾値以下である場合、排気ガスを熱電変換部に流すとともに熱電変換部で排気ガスを加熱する、又は、排気ガスがバイパス経路を通るように、排気ガス経路の流路切換が行われる。【選択図】図１
2018062909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関からの排気ガスが通過する排気ガス経路と、
前記排気ガス経路に設けられ、前記排気ガスを浄化する触媒と、
前記排気ガス経路の前記内燃機関と前記触媒との間に設けられ、前記排ガスの温度及び圧力の少なくとも一方を含む状態パラメータを検出する排気ガス状態検出手段と、
前記排気ガス経路の前記内燃機関と前記触媒との間に設けられ、熱エネルギー及び電気エネルギー間の変換が可能に構成される熱電変換部と、
前記熱電変換部を制御するエネルギー変換制御手段と、
前記排気ガス経路の前記内燃機関と前記触媒との間に設けられ、前記エネルギー変換部を迂回するバイパス経路と、
前記排気ガス経路の前記内燃機関と前記バイパス経路の間に設けられ、前記排気ガスの流路を、前記熱電変換部を通過する第１流路と、前記バイパス経路を通過する第２流路との間で切換える流路切換部と、
を含み、
前記排気ガス状態検出手段で検出される前記状態パラメータが所定閾値以下である場合、前記流路切換部は、（１）前記排気ガスの流路を前記第１流路に切り換えるとともに、前記エネルギー変換手段は前記熱電変換部で前記電気エネルギーの前記熱エネルギーへの変換が行われるように前記熱電変換部を制御する、又は（２）前記排気ガスの流路を前記第２流路に切り換えることを特徴とする、廃熱回収発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関の排気ガスに含まれる熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する廃熱回収発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に走行用動力源として搭載される内燃機関では、運転時に、熱エネルギーを含む排気ガスが放出される。近年、車両性能として燃費性能が重視されている。これに伴い、排気ガスに含まれる熱エネルギー（廃熱）を回収する廃熱回収装置を搭載することで、車両のエネルギー効率を改善し、良好な燃費性能を達成する車両の開発が進められている。典型的な排熱回収装置では、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電を行う、いわゆる廃熱回収発電装置が典型的である。廃熱回収発電装置で発電された電力は、車内負荷に供給される他、その余剰分を蓄電用のバッテリに充電することで、良好な燃費性能が達成される。
【０００３】
この種の廃熱回収発電装置として、例えばランキンサイクル等の熱サイクルを利用したものが知られている。しかしながら、このような熱サイクルを利用する廃熱回収発電装置は、熱サイクルの各工程に対応する構成要素を作動媒体が流れる循環経路を介して接続する構造を有するため、構成が比較的複雑になり、車両のように設置スペースが限られる用途では搭載性が問題となる場合がある。
【０００４】
そこで、このような搭載性の問題を解消するために、比較的構成が簡便な熱電素子を利用した廃熱回収発電装置の開発が行われている。熱電素子は２種類の異種金属（または半導体）の両端を接続し、その両端に温度差を設けると起電力が発生するゼーベック効果を利用する発電素子である。熱電素子を利用する発電方式は、熱電発電（ＴＥＧ：Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と称される。熱電素子は、上述のように２種類の異種金属からなるシンプルな構成であるため、これを利用することで、廃熱回収発電装置の搭載性を改善できるメリットがある。
【０００５】
特許文献１は、熱電素子を利用した廃熱回収発電装置の一例である。この例では、排気ガスを浄化するための触媒が設けられた排気ガス経路を有する内燃機関において、触媒より上流側に熱電素子を含む発電装置を設けることで、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３７１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１のように、排気ガス経路に排気ガスを浄化するための触媒を有する場合、触媒の上流側に熱電素子のように熱エネルギーを吸収する要素が存在すると、触媒が活性温度に達する時間が長くなってしまい、排気ガスの浄化性能が低下してしまうおそれがある。これに対して特許文献１では、発電装置（熱電素子）の伝熱状態が構造的に可変になるように構成することで、内燃機関の運転状態に応じて伝熱状態を調整し、触媒が触媒活性温度に到達する時間が長くなることを防止している。しかしながら、このように発電装置に伝熱状態を変化させるための可動機構を設けることは、装置構成の複雑化を招いてしまい、メンテナンス性の低下や製造上のコスト上昇の要因となってしまう。
【０００８】
本発明の少なくとも１実施形態は上記事情に鑑みなされたものであり、より簡便な構造で、触媒が触媒活性温度に到達する時間を阻害することなく、かつ効率的に排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーとして回収可能な廃熱回収発電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】
【０００９】
本発明の少なくとも１実施形態に係る廃熱回収発電装置は上記課題を解決するために、内燃機関と、前記内燃機関からの排気ガスが通過する排気ガス経路と、前記排気ガス経路に設けられ、前記排気ガスを浄化する触媒と、前記排気ガス経路の前記内燃機関と前記触媒との間に設けられ、前記排ガスの温度及び圧力の少なくとも一方を含む状態パラメータを検出する排気ガス状態検出手段と、前記排気ガス経路の前記内燃機関と前記触媒との間に設けられ、熱エネルギー及び電気エネルギー間の変換が可能に構成される熱電変換部と、前記熱電変換部を制御するエネルギー変換制御手段と、前記排気ガス経路の前記内燃機関と前記触媒との間に設けられ、前記エネルギー変換部を迂回するバイパス経路と、前記排気ガス経路の前記内燃機関と前記バイパス経路の間に設けられ、前記排気ガスの流路を、前記熱電変換部を通過する第１流路と、前記バイパス経路を通過する第２流路との間で切換える流路切換部と、を含み、前記排気ガス状態検出手段で検出される前記状態パラメータが所定閾値以下である場合、前記流路切換部は、（１）前記排気ガスの流路を前記第１流路に切り換えるとともに、前記エネルギー変換手段は前記熱電変換部で前記電気エネルギーの前記熱エネルギーへの変換が行われるように前記熱電変換部を制御する、又は（２）前記排気ガスの流路を前記第２流路に切り換えることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、内燃機関の排気ガス経路のうち、排気ガスを浄化するための触媒と内燃機関との間には、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換可能な熱電素子を含む熱電変換部が設けられている。このような排気ガス経路は、内燃機関と触媒との間において、熱電変換部を迂回するバイパス経路を有しており、流路切換部によって、排気ガスの流路が、熱電変換部を通過する第１流路とバイパス経路を通過する第２流路との間で切換え可能に構成されている。
【００１１】
また本構成では、排気ガスに含まれる熱エネルギーの指標として状態パラメータを導入しており、状態パラメータが所定閾値以下である場合（排気ガスに含まれる熱エネルギーが少ない場合）、制御部は上述の（１）又は（２）のいずれかの制御を実施する。（１）では、排気ガスの流路が第１流路に切り換えるとともに、熱電変換部に電気エネルギーを供給する。これにより、熱電変換部に導入された排気ガスが、熱電変換部によって変換された熱エネルギーによって加熱される。一方、（２）では、排気ガスの流路が第２流路に切り換えられることにより、バイパス経路を介して触媒に導かれる。これにより、排気ガスに含まれる熱エネルギーが熱電変換部に奪われないため、排気ガスは温度が高く維持された状態で触媒に供給される。このように（１）又は（２）の制御が実施されることにより、排気ガスの昇温が促進され、触媒が触媒活性温度に到達する時間が効果的に短縮される。
【００１２】
尚、排気通路の排気ガスの状態パラメータが所定閾値より大きい場合（排気ガスに含まれる熱エネルギーが多い場合）、排気ガスの流路は第１流路に切り換えられ、熱電変換部にて、排気ガスに含まれる熱エネルギーを電気エネルギーに変換することで熱電発電が行われる。これにより、排気ガスに含まれる廃熱が回収され、エネルギー効率が向上する。
【００１３】
このように、触媒が触媒活性温度に到達する時間を阻害することなく、かつ効率的に排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することが可能となる。このような廃熱回収発電装置は、装置構成が簡便であり、限られたスペースを有する車両に対して良好な搭載性を発揮するとともに、低コスト化にも効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る廃熱回収発電装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１の熱電変換部の近傍を拡大して示す模式図である。
【図３】図１の制御部が実施する制御内容を工程毎に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る廃熱回収発電装置１の全体構成を示す模式図である。
廃熱回収発電装置１は、車両に走行用動力源として搭載される内燃機関２から排出される排気ガスの熱エネルギー（廃熱）を回収して発電を行う装置である。内燃機関２は化石燃料をシリンダ内で燃焼させて仕事をする原動機であり、本実施形態では内燃機関２として燃料として軽油を使用する４シリンダディーゼルエンジンが例示されている。
尚、本発明の適用対象には燃料としてガソリンを使用するガソリンエンジンが含まれてもよい。
【００１７】
内燃機関２では、吸気ガス経路４から取り込んだ空気（外気）は吸気マニホールド５を介して各シリンダに供給され、各シリンダにてピストンサイクルに応じて圧縮加熱される。また各シリンダでは、圧縮過熱された空気に対してインジェクタから燃料を噴射し、燃料が自己着火することにより燃焼が行われる。本実施形態では、内燃機関２は過給用のターボチャージャ６を備える。ターボチャージャ６は、排気ガスにより駆動されるタービン８と、該タービン８と連動するコンプレッサ１０とを有する。
尚、吸気ガス経路４のうちコンプレッサ１０の下流側には、コンプレッサ１０によって圧縮された吸気を冷却するためのインタークーラ１２が設置されている。
【００１８】
また内燃機関２はコモンレールシステム（不図示）を搭載しており、各シリンダに供給される燃料は、サプライポンプで高圧にされてレール(蓄圧室)内に蓄えられ、所定タイミングでインジェクタから各シリンダに所定量が噴射されるように制御される。
【００１９】
各シリンダで生じる排気ガスは、排気マニホールド１４を介して排気ガス経路１６から外部に排出される。排気ガス経路１６のうちターボチャージャ６を構成するタービン８の下流側には、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）１８が設けられており、排気ガスに含まれる粒子状物質が捕集される。
尚、ＤＰＦ１８は粒子状物質の捕集量が所定量を超えた場合に、捕集性能の低下を改善するために捕集した粒子状物質を燃焼する再生機能を有していてもよい。
【００２０】
排気ガス経路１６のうちＤＰＦ１８より下流側には、排気ガスを浄化するための触媒２０が設けられている。本実施形態では、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための触媒２０として、選択触媒還元脱硝装置（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）が用いられている。選択触媒還元脱硝装置は、還元剤として例えば尿素水が用いられる。還元剤は、排気ガスの高温雰囲気下で加水分解され、生成されたアンモニアが排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と化学反応することで窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに還元することにより浄化が行われる。
【００２１】
また内燃機関２は、排気ガスの一部を吸気側に還流させることにより、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減や部分負荷時の燃費向上を目的とするＥＧＲシステム２２を備える。ＥＧＲシステム２２は、排気マニホールド１４と吸気マニホールド５との間に形成されたＥＧＲ経路２４と、ＥＧＲ経路２４を通過する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２６と、排気ガスの還流量を調整するためのＥＧＲバルブ２８と、を備える。ＥＧＲバルブ２８の開度は、不図示のコントロールユニットにより制御され、ＥＧＲシステム２２による排気ガスの還流量が調整される。
【００２２】
内燃機関２のシリンダブロック等にはウォータージャケット（不図示）が設けられており、該ウォータージャケット中を冷却水が流れることにより、内燃機関２の水冷が行われている。冷却水は循環経路３０を循環する。循環経路３０は、冷却水を圧送するための冷却水ポンプ３２と、冷却水を外気と熱交換して放熱するためのラジエータ３４と、を備える。内燃機関２を冷却することで温度が上昇した冷却水は、冷却水ポンプ３２によってラジエータ３４に送られ、外気との熱交換により冷却された後、再び内燃機関２に送られる。
【００２３】
ラジエータ３４における放熱は、ラジエータ３４に面するように配置されたラジエータファン３５による送風により促進される。ラジエータファン３５は、内燃機関２の動力の一部を用いて駆動され、その送風量は、例えばラジエータ３４に送られる冷却水の温度に応じて制御されることにより、冷却水の温度は適切な範囲に冷却される。
【００２４】
また冷却水ポンプ３２は、内燃機関２とベルト等の伝達機構を介して機械的に接続されることにより、内燃機関２の動力の一部を用いて駆動する機械式ポンプであるが、後述するバッテリ４２に蓄電された電力や、オルタネータ３６又は熱電変換部４４で発電される電力を用いて駆動される電動式ポンプであってもよい。
【００２５】
内燃機関２で発生する動力は、主に、不図示の出力軸を介して車両の走行輪側に伝達されるが、その一部は、ベルト等の伝達機構を介して発電用のオルタネータ３６に伝達される。オルタネータ３６は、内燃機関２から伝達される動力で回転されることにより交流電力を発電する交流発電機である。オルタネータ３６で発電された交流電力は、インバータ３８によって直流変換された後、車内負荷４０に供給されるほか、余剰分はバッテリ４２に蓄積される。
尚、オルタネータ３６は上記のように発電に用いられる他、バッテリ４２に蓄積される電力を消費して電動機（モータ）として駆動することで、内燃機関２をアシストすることもできる。
【００２６】
また排気ガス経路１６のうち内燃機関２と触媒２０との間には、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための熱電変換部４４が設けられる。熱電変換部４４は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換可能な熱電素子を含んでおり、熱電発電（ＴＥＧ：Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）が行われる。熱電素子は２種類の異種金属（または半導体）の両端を接続し、その両端に温度差を設けると起電力が発生するゼーベック効果を利用する素子である。
【００２７】
ここで図２は図１の熱電変換部４４の近傍を拡大して示す模式図である。熱電変換部４４は互いに隣接する高温部４４ａ及び低温部４４ｂを備える。高温部４４ａは、排気ガス経路１６を流れる排気ガスに対して熱的に接触するように形成されており、排気ガスによって加温される。一方、低温部４４ｂは、循環経路３０から分岐する冷却水導入ライン４６を介して低温の冷却水が導入されることにより冷却される。このようにして高温部４４ａ及び低温部４４ｂの間には温度差が形成され、温度差に基づく起電力が発生する。
尚、図２の例では、熱電変換部４４は、高温部４４ａが排気ガス経路１６に沿って内側に設けられるとともに、低温部４４ｂが高温部４４ａの回りを外側から囲むように形成されているが、熱電変換部の具体的構成は、これに限定されないことは言うまでもない。
【００２８】
尚、冷却水導入ライン４６は、循環経路３０のうちラジエータ３４の下流側に接続されることにより、ラジエータ３４による冷却後の低温の冷却水が、熱電変換部４４に導入されるように形成されている。また熱電変換部４４の低温部４４ｂに導入された冷却水は、低温部４４ｂと熱交換することにより温度が上昇した後、冷却水戻しライン４８を介して循環経路３０に戻される。この冷却水戻しライン４８は、循環経路３０のうちラジエータ３４の上流側に接続されており、熱電変換部４４を通過することにより温度が上昇した冷却水が、内燃機関２からの冷却水とともにラジエータ３４にて冷却されるように形成されている。
【００２９】
循環経路３０に対する冷却水導入ライン４６及び冷却水戻しライン４８の接続構成を、このように形成することで、循環経路３０に設けられる冷却水ポンプ３２によって、熱電変換部４４への冷却水供給・戻しを賄うことができる。すなわち、冷却水導入ライン４６又は冷却水戻しライン４８に、他のポンプを増設することなく、熱電変換部４４への冷却水供給が可能となる。
【００３０】
尚、冷却水導入ライン４６及び冷却水戻しライン４８に、熱電変換部４４への冷却水供給を行うためのポンプを増設してもよい。この場合、ポンプ増設に伴ってコストが少なからず増えてしまうが、冷却水ポンプ３２と独立的に制御することで、よりきめ細やかな冷却水の流量制御が可能となる。
【００３１】
熱電変換部４４で発電された電力は温度差に応じた電圧を有する直流であるため、コンバータ４９によって所定の電圧に変圧される。コンバータ４９の出力は、車内負荷４０に供給されるほか、余剰分はバッテリ４２に蓄積される。
尚、本実施形態では、上述のオルタネータ３６で発電された電力と、熱電変換部４４で発電された電力の供給先（車内負荷４０及びバッテリ４２）を共用している場合を示しているが、これらは独立的に設けられていてもよい。
【００３２】
このような熱電変換部４４は、排気ガス経路１６のうちＤＰＦ１８より下流側に設けられている。そのため、熱電変換部４４にはＤＰＦ１６によって粒子状物質が捕集された後の排気ガスが供給される。そのため、熱電変換部４４に粒子状物質が蓄積することで性能低下が生じることがない。
【００３３】
また熱電変換部４４の上流側にはＤＰＦ１８があるため、熱電変換部４４は内燃機関２に対して所定距離を隔てた位置に配置される。そのため、内燃機関２から排出された直後の高温な排気ガスに熱電変換部４４が曝されることがなく、過熱によって熱電変換部４４に不具合や寿命低下が生じることを抑制できる。
【００３４】
尚、排気ガス経路１６にＤＰＦ１８がない場合（例えば内燃機関２がガソリンエンジンである場合）、熱電変換部４４は、該熱電変換部４４に導入される排気ガスの温度が適正範囲になるように、内燃機関２（又はタービン８）から所定の距離を隔てて配置するとよい。このとき、熱電変換部４４における熱電変換効率が良好になる温度範囲になるように、熱電変換部４４に位置を決定するとよい。
【００３５】
排気ガス経路１６のうち内燃機関２と触媒２０との間には、熱電変換部４４を迂回するバイパス経路５２が設けられている。バイパス経路５２の上流側の端部は、ＤＰＦ１８と熱電変換部４４との間にて排気ガス経路１６の主流路に対して接続されている。ここでバイパス経路５２の上流側の端部は、流路切換部５４を介して排気ガス経路１６に接続されている。流路切換部５４は、例えば三方弁のようなバルブ機構であり、その開閉状態に応じて、内燃機関２から排出される排気ガスの流路が、熱電変換部４４を通過する第１流路Ａと、バイパス経路５２を通過する第２流路Ｂとの間で切換可能に構成されている（図２を参照）。
【００３６】
また排気ガス経路１６のうち内燃機関２と触媒２０との間には、排気ガス状態を検出するための排気ガス状態検出手段４５が設けられている。排気ガス状態検出手段４５は、排気ガスの温度及び圧力の少なくとも一方を含む状態パラメータを検出するデバイスである。本実施形態では特に、排気ガス状態検出手段４５は、排気ガス経路１６のうち熱電変換部４４及び触媒２０の間に設置される温度センサ４５ａ及び圧力センサ４５ｂからなる。これらセンサの検出結果は、電気的信号として後述の制御部５０に送られることにより、状態パラメータの算出に用いられる。
【００３７】
尚、本実施形態では温度センサ４５ａ及び圧力センサ４５ｂが熱電変換部４４及び触媒２０の間に設置される場合を例示しているが、これらセンサは、触媒２０に導入される排気ガスの状態パラメータを算出するために有用な検出値が得られる限りにおいて、その設置場所は任意であってもよい。例えば熱電変換部４４の上流側や触媒２０の下流側に配置されたセンサの検出値に基づいて、触媒２０に導入される排気ガスの状態パラメータを演算的に推定できるように構成してもよい。
また本実施形態では、より精度よく状態パラメータを評価するために、温度センサ４５ａ及び圧力センサ４５ｂの双方を設置しているが、適切な状態パラメータの評価が可能な限りにおいて、温度センサ４５ａ又は圧力センサ４５ｂのいずれか一方のみを設置してもよい。
【００３８】
オルタネータ３６及び熱電変換部４４における発電量は、コントロールユニットである制御部５０によってそれぞれ制御される。制御部５０は、電子演算装置等からなるＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）の一部として構成されており、予めインストールされた所定のプログラムに応じた制御を実行する。
【００３９】
ここで制御部５０によって実施される制御内容について具体的に説明する。図３は図１の制御部５０が実施する制御内容を工程毎に示すフローチャートである。
【００４０】
まず制御部５０は、排気ガス状態検出手段４５を構成する温度センサ４５ａ及び圧力センサ４５ｂから検出値を取得し（ステップＳ１）、それら検出値に基づいて排気ガスの状態パラメータＰを算出する（ステップＳ２）。ここで状態パラメータＰは、触媒２０の上流側における排気ガスの温度及び圧力の少なくとも一方を含む特性パラメータであり、排気ガスが冷態状態にあるか否かを判定するための指標となるものである。
【００４１】
続いて制御部５０は、ステップＳ１で算出した状態パラメータＰが、予め設定された第１閾値Ｐ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ３）。状態パラメータＰが第１閾値Ｐ１以下である場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、制御部５０は排気ガスが冷態状態であると判断し、以下のステップを実施する。
【００４２】
まず制御部５０は、流路切換部５４を操作することにより、排気ガスが熱電変換部４４を通過する第１流路Ａになるように、流路を切り換える（ステップＳ４）。これにより、内燃機関２から放出される排気ガスは、バイパス経路５２に流入することなく、全て熱電変換部４４に導かれることとなる。続いて、制御部５０はバッテリ４２に蓄えられている電気エネルギーを熱電変換部４４に供給することにより、排気ガスの昇温を行う（ステップＳ）。上述したように、熱電変換部４４には熱電素子が含まれるため、電気エネルギーが供給されると、ペルチェ効果によって熱エネルギーが生じる。その結果、熱電変換部４４は、第１流路Ａに導かれた排気ガスを加熱するヒータとして実質的に機能する。このように熱電変換部４４に電気エネルギーを供給することで排気ガスを積極的に加熱し、触媒２０が触媒活性温度に到達するまでの時間を効果的に短縮できる。
【００４３】
また上述したように触媒２０として選択触媒還元脱硝装置を用いているが、このような選択触媒還元脱硝装置では、尿素水の加水分解の反応速度が雰囲気温度に依存するため、例えば冷態始動時のように排気ガスが比較的低温な場合には、所定量のアンモニアを生成するために必要とされる還元剤の消費量が増加してしまう。本実施形態では、上述のように熱電変換部４４をヒータとして機能させることで排気ガスの昇温を促進できることから、還元剤の消費を効果的に抑制できる。その結果、還元剤の貯蔵タンクの容量が少なく済むため、限られたスペースを有する車両に対して良好な搭載性を発揮するとともに、還元剤の消費量削減による経済性も達成できる。
【００４４】
続いて制御部５０は処理を再びステップＳ１に戻し、状態パラメータＰが第１閾値Ｐ１を超えるまで上記処理（すなわち、熱電変換部４４による昇温）を繰り返す。状態パラメータＰが第１閾値Ｐ１より大きくなると（ステップＳ３：ＮＯ）、制御部５０は状態パラメータＰが第１閾値Ｐ１より大きな第２閾値Ｐ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ここで第２閾値Ｐ２は、熱電変換部４４で熱電発電を実施可能な程度にまで排気ガスの温度が昇温したか否かを判定するための閾値である。
【００４５】
状態パラメータＰが第２閾値Ｐ２以下である場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、制御部５０は流路切換部５４を操作することにより、排気ガスの流路がバイパス経路５２を通過する第２流路Ｂになるように切り換え（ステップＳ７）、ステップＳ４で実施されていた熱電変換部４４への電気エネルギーの供給を停止する（ステップＳ８）。これにより、熱電変換部４４に導かれていた排気ガスは、熱電変換部４４を通過することがないため、排気ガス経路１６における排気抵抗が低下しない。そのため、排気ガスの圧力を抑制でき、熱電変換部４４を設置することによる内燃機関２の性能低下を抑制できる。
【００４６】
また、この場合、排気ガスが、バイパス経路５２を介して触媒２０に直接的に（熱電変換部４４を介することなく）導かれることとなる。そのため、排気ガスの熱エネルギーは熱電変換部４４によって奪われないため、排気ガスは温度が高く維持された状態で触媒２０に供給される。その結果、触媒２０が触媒活性温度に到達する時間が阻害されない。
【００４７】
続いて制御部５０は処理を再びステップＳ１に戻し、状態パラメータＰが第２閾値Ｐ２を超えるまで上記処理を繰り返す（すなわち、排気ガスがバイパス経路５２を介して触媒２０に導かれる状態を継続する）。状態パラメータＰが第２閾値Ｐ２より大きくなると（ステップＳ６：ＮＯ）、制御部５０は流路切換部５４を操作することにより、排気ガスの流路が、再び熱電変換部４４を通過する第１流路Ａになるように流路を切り換える（ステップＳ９）。これにより、高温の排気ガスが熱電変換部４４に導かれ、熱電発電が行われる（ステップＳ１０）。熱電変換部４４で発生した電力は、上述したように、コンバータ４９を介して車内負荷４０に供給される他、余剰分はバッテリ４２に蓄電される。
【００４８】
このとき制御部５０は熱電変換部４４における発電状態を検知し、熱電変換部４４で発電が行われている間、オルタネータ３６における発電が停止するように制御する。つまり、熱電変換部４４の発電によって車内負荷４０が賄われている場合には、内燃機関２の出力の一部を消費するオルタネータ３６を停止させることで、内燃機関２の出力効率が改善され、燃費性能が向上する。
【００４９】
尚、本実施形態では、図３に示されるように、状態パラメータＰが第１閾値Ｐ１以下の場合に（１）で示される処理（上記ステップＳ４＆Ｓ５）が実施され、状態パラメータＰが第１閾値Ｐ１より大きく、且つ、第２閾値Ｐ２以下の場合に（２）で示される処理（ステップＳ７＆Ｓ８）が実施される場合について例示した。ここで（１）及び（２）の処理は、排気ガスに含まれる熱エネルギーが少ない場合に触媒２０が触媒活性温度に到達するための時間を短縮するために実施されるものである。そのため、廃熱回収発電装置の運用次第では、（１）及び（２）の実施順序を逆にしてもよい（具体的に言えば、状態パラメータＰが第１閾値Ｐ１以下の場合に（２）で示される処理を実施し、状態パラメータＰが第１閾値Ｐ１より大きく、且つ、第２閾値Ｐ２以下の場合に（１）で示される処理を実施してもよい）。
【００５０】
以上説明したように本実施形態によれば、排気ガスの流路を切り換えることで、触媒が触媒活性温度に到達する時間を阻害することなく、かつ効率的に排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することが可能となる。このような廃熱回収発電装置は、装置構成が簡便であり、限られたスペースを有する車両に対して良好な搭載性を発揮するとともに、低コスト化にも効果的である。
【符号の説明】
【００５１】
１  廃熱回収発電装置
２  内燃機関
４  吸気ガス経路
５  吸気マニホールド
６  ターボチャージャ
８  タービン
１０  コンプレッサ
１２  インタークーラ
１４  排気マニホールド
１６  排気ガス経路
２０  触媒
２２  ＥＧＲシステム
２４  ＥＧＲ経路
２６  ＥＧＲクーラ
２８  ＥＧＲバルブ
３０  循環経路
３２  冷却水ポンプ
４４  熱電変換部
４５  排気ガス状態検出手段
４５ａ  温度センサ
４５ｂ  圧力センサ
４６  冷却水導入ライン
４８  冷却水戻しライン
４９  コンバータ
５０  制御部
５２  バイパス経路
５４  流路切換部
【図１】
2018062909.tif 000003
【図２】
2018062909.tif 000004
【図３】
2018062909.tif 000005