(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ポンプ、蒸発器、膨張器及び凝縮器を冷媒が順に循環してなるランキンサイクルと、前記ランキンサイクルを制御する制御手段とを備え、前記蒸発器がエンジンの排ガスを浄化する後処理装置が介設された排気通路に設置されるとともに、前記膨張器の回転軸に電動発電機を接続した排熱回収システムにおいて、
前記蒸発器を前記後処理装置の上流側の前記排気通路に設置するとともに、該後処理装置への熱伝達が可能なバイパス流路を設け、
前記蒸発器と前記膨張器の間に、前記バイパス流路の一端部に接続する第１の三方弁を設置するとともに、前記凝縮器と前記冷媒ポンプの間に、該バイパス流路の他端部に膨張弁を介して接続する第２の三方弁を設置し、
前記制御手段は、前記後処理装置の昇温要求がないときは、前記第１の三方弁により前記蒸発器と前記膨張器とを連通させるとともに、前記第２の三方弁により前記凝縮器と前記冷媒ポンプとを連通させることで、前記電動発電機による発電を行う一方で、
前記後処理装置の昇温要求があったときは、前記第１の三方弁により前記膨張器と前記バイパス流路の一端部とを連通させるとともに、前記第２の三方弁により前記凝縮器と前記バイパス流路の他端部とを連通させ、かつ前記電動発電機を駆動して前記冷媒を前記膨張器から前記後処理装置へ向けて送出する制御を行うことを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２】
前記後処理装置がＰＭ捕集フィルターを備え、前記昇温要求が前記ＰＭ捕集フィルターの再生要求である請求項１に記載の排熱回収システム。
【請求項３】
前記後処理装置がＮＯｘ吸蔵還元触媒を備え、前記昇温要求がリッチスパイク又はＳパージの要求である請求項１に記載の排熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排熱回収システムに関し、更に詳しくは、後処理装置の性能の低下を招くことなく、エンジンの排熱の回生効率を向上する排熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の燃費を向上させることを目的として、エンジンの排ガスが有する熱（排熱）をランキンサイクルを用いて回生することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このとき、ランキンサイクルの蒸発器を、排ガスを浄化する後処理装置の上流側の排気通路に設置すると、後処理装置に流入する排ガスの温度が低下してしまい、浄化性能の低下を招くおそれがある。そのため通常は、後処理装置に影響を与えないように、蒸発器は後処理装置の下流側の排気通路に設置される。
【０００３】
しかしながら、エンジンの排熱を効率よく回収するためには、排気通路の壁面を通して大気へ放出される熱量が小さくなるように、蒸発器はエンジン近傍に設置されることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−５１５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、後処理装置の性能の低下を招くことなく、エンジンの排熱の回生効率を向上することができる排熱回収システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成する本発明の排熱回収システムは、冷媒ポンプ、蒸発器、膨張器及び凝縮器を冷媒が順に循環してなるランキンサイクルと、前記ランキンサイクルを制御する制御手段とを備え、前記蒸発器がエンジンの排ガスを浄化する後処理装置が介設された排気通路に設置されるとともに、前記膨張器の回転軸に電動発電機を接続した排熱回収システムにおいて、前記蒸発器を前記後処理装置の上流側の前記排気通路に設置するとともに、該後処理装置への熱伝達が可能なバイパス流路を設け、前記蒸発器と前記膨張器の間に、前記バイパス流路の一端部に接続する第１の三方弁を設置するとともに、前記凝縮器と前記冷媒ポンプの間に、該バイパス流路の他端部に膨張弁を介して接続する第２の三方弁を設置し、前記制御手段は、前記後処理装置の昇温要求がないときは、前記第１の三方弁により前記蒸発器と前記膨張器とを連通させるとともに、前記第２の三方弁により前記凝縮器と前記冷媒ポンプとを連通させることで、前記電動発電機による発電を行う一方で、前記後処理装置の昇温要求があったときは、前記第１の三方弁により前記膨張器と前記バイパス流路の一端部とを連通させるとともに、前記第２の三方弁により前記凝縮器と前記バイパス流路の他端部とを連通させ、かつ前記電動発電機を駆動して前記冷媒を前記膨張器から前記後処理装置へ向けて送出する制御を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の排熱回収システムによれば、ランキンサイクルの蒸発器を後処理装置の上流側のエンジン近傍の排気通路に設置したので、排熱の回生効率を向上することができる。また、後処理装置の昇温要求があったときは、ランキンサイクルを逆駆動して、後処理装置の昇温を補助するようにしたので、後処理装置の性能の低下を招くことはない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態からなる排熱回収システムの構成図である。
【図２】後処理装置の昇温要求があった場合における冷媒の流れ方向を説明する構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなる排熱回収システムを示す。なお、これ以降の図面においては、図中の矢印は流体の流れる方向を示す。
【００１０】
この排熱回収システムは、トラックなどの車両に搭載されたディーゼルエンジン１の排ガスＧの排熱を回収することを目的としており、冷媒ポンプ２、蒸発器３、膨張器４及び凝縮器５を冷媒６が順に循環してなるランキンサイクル７と、制御手段であるＥＣＵ８とを備えている。
【００１１】
ランキンサイクル７の蒸発器３は、ディーゼルエンジン１の排ガスＧを浄化する後処理装置９の上流側の排気通路１０に設置されている。後処理装置９は、前段に酸化触媒が配置されたＰＭ捕集フィルター、又はＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ触媒）を備えている。
【００１２】
膨張器４にはタービン軸１１を通じて電動発電機（モータージェネレーター）１２が連結されている。冷媒６には、水、エタノール若しくはフッ素化合物又はそれらの混合物などが用いられる。
【００１３】
蒸発器３と膨張器４の間には、バイパス流路１３の一端部１３ａに接続する第１三方弁１４が設置されている。また、凝縮器５と冷媒ポンプ２の間には、そのバイパス流路１３の他端部１３ｂに膨張弁１５を介して接続する第２三方弁１６が設置されている。
【００１４】
バイパス流路１３は、後処理装置９内を蛇行状に通過する際に、内部を流れる冷媒６から後処理装置９への熱伝達が可能となるように構成されている。
【００１５】
また、２個の三方弁１４、１６は、２つに区画された内部に開路及び閉路がそれぞれ形成された矩形状の構造を有しており、長手方向にスライドさせて区画を入れ替える操作を行うことで冷媒６の流路を切り替えられるようになっている。第１三方弁１４を操作することで、膨張器４が蒸発器３又はバイパス流路１３の一端部１３ａに連通するようになる。第２三方弁１６を操作することで、凝縮器５が冷媒ポンプ２又はバイパス流路１３の他端部１３ｂに連通するようになる。
【００１６】
上記のランキンサイクル７、後処理装置９、モータージェネレーター１２及び２個の三方弁１４、１６は、ＥＣＵ８に信号線（点線で示す）を通じて接続している。
【００１７】
このような排熱回収システムにおいて、ＥＣＵ８は、後処理装置９の昇温要求がないときは、図１に示すように、第１三方弁１４を操作して蒸発器３と膨張器４とを連通させるとともに、第２三方弁１６を操作して凝縮器５と冷媒ポンプ２とを連通させる制御を行う。
【００１８】
この制御により、ランキンサイクル７が駆動して排熱が回収される。具体的には、冷媒６は、冷媒ポンプ２において液体の状態で圧縮され、蒸発器３において排ガスＧにより定圧的に加熱されて高圧のガスとなり、膨張器４で断熱膨張しつつタービン軸１１を通じてモータージェネレーター１２に発電させた後に、凝縮器５において定圧的に冷却されて液体に戻る。
【００１９】
そして、後処理装置９の昇温要求があったときは、図２に示すように、第１三方弁１４を操作して膨張器４とバイパス流路１３の一端部１３ａとを連通させるとともに、第２三方弁１６を操作して凝縮器５とバイパス流路１３の他端部１３ｂとを連通させ、かつモータージェネレーター１２を駆動して冷媒６を膨張器４から後処理装置９へ向けて送出する制御を行う。
【００２０】
この制御により、ランキンサイクル７が逆駆動されて後処理装置９が加熱・昇温される。具体的には、膨張器４内の高温・高圧の冷媒６は、一端部１３ａからバイパス流路１３へ流入して後処理装置９を加熱・昇温した後に、膨張弁１５において低圧に減圧され、凝縮器５において定圧的に冷却されて液体に戻る。
【００２１】
このように、ランキンサイクル７の蒸発器３を後処理装置９の上流側のディーゼルエンジン１近傍の排気通路１０に設置することで、排熱の回生効率を向上することができる。また、後処理装置９の昇温要求があったときは、ランキンサイクル７を逆駆動して、後処理装置９の昇温を補助するようにしたので、後処理装置９の性能の低下を招くことはない。
【００２２】
上記の後処理装置９の昇温要求としては、ＰＭ捕集フィルターの再生要求や、ＬＮＴ触媒における排ガスＧのリッチ化（リッチスパイク）又は脱硫操作（Ｓパージ）の要求が挙げられる。
【符号の説明】
【００２３】
１  ディーゼルエンジン
２  冷媒ポンプ
３  蒸発器
４  膨張器
５  凝縮器
６  冷媒
７  ランキンサイクル
８  ＥＣＵ
９  後処理装置
１０  排気通路
１１  タービン軸
１２  モータージェネレーター
１３  バイパス流路
１４  第１三方弁
１５  膨張弁
１６  第２三方弁
【図１】
0006511948.tif 000002
【図２】
0006511948.tif 000003