(57)【要約】【課題】動力源エネルギ利用の非効率性を改善する。【解決手段】エンジン１１で駆動する作動油供給用のメインポンプ１２を含む油圧回路２５の作動油戻り回路２６に、油圧回路２５のエネルギロスにより温度上昇する作動油を冷却するオイルクーラ１６を設置する。エンジン１１に対して、蒸気化した低沸点媒体が有するエネルギで回転する動力回生用のタービン２４を設置する。少なくともオイルクーラ１６からタービン２４にわたって、オイルクーラ１６からの廃熱エネルギにて蒸気化された低沸点媒体をタービン２４に供給してタービン２４を駆動する低沸点媒体回路３８を配設する。【選択図】        図１
2004278716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源で駆動されるポンプを含む流体圧回路から発生する作動流体の廃熱エネルギを低沸点媒体を用いて吸熱し、
吸熱した低沸点媒体を蒸気化させて動力回生用のタービンを回転させ、
タービンにより動力源を動力アシストして廃熱エネルギを回生させる
ことを特徴とする廃熱エネルギ再生方法。
【請求項２】
動力源で駆動される作動流体供給用のポンプを含む流体圧回路と、
流体圧回路のエネルギロスにより温度上昇する作動流体を冷却するクーラと、
動力源に対して設けられ蒸気化された低沸点媒体が有するエネルギで回転される動力回生用のタービンと、
少なくともクーラからタービンにわたって配設されクーラからの廃熱エネルギにて蒸気化された低沸点媒体をタービンに供給してタービンを駆動する低沸点媒体回路と
を具備したことを特徴とする廃熱エネルギ再生装置。
【請求項３】
低沸点媒体回路は、
建設機械に搭載されている圧縮機および蒸発器を有する空気調和装置回路の蒸発器に供給される低沸点媒体の一部を分流させてクーラ内に通すことでクーラから熱を吸収して低沸点媒体を蒸気化させるヒートパイプと、
ヒートパイプ内で蒸気化された低沸点媒体をタービンに供給する供給管路と、
タービンから低沸点媒体を空気調和装置回路の圧縮機の吸込側に戻す戻し管路と
を具備したことを特徴とする請求項２記載の廃熱エネルギ再生装置。
【請求項４】
タービンは、動力源がポンプを駆動する動力伝達部から分岐された動力伝達系に設置された
ことを特徴とする請求項２または３記載の廃熱エネルギ再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧回路から発生する作動流体の廃熱エネルギを回生させる廃熱エネルギ再生方法および廃熱エネルギ再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現状の建設機械は、動力源であるディーゼルエンジンよりメインポンプに動力が供給され、メインポンプよりアクチュエータ用制御弁に圧油が供給される。
【０００３】
さらに、アクチュエータ用制御弁より圧油が供給されたアクチュエータでは、ある一定量の正味仕事を外部に対し行うが、それ以外のエネルギは、各種リリーフ弁や、制御弁内の絞りや、配管抵抗ロスとして、熱エネルギとなり空中に散逸してしまう。
【０００４】
また、作動油温度も上昇し、これによってオイルの熱劣化や粘度低下を引き起こし、油圧機器にダメージを及ぼすため、オイルクーラで作動油温度を下げているが、このオイルクーラによるクーリングには、エンジンより別の動力を供給しなければならない（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この従来技術を図２で説明すると、動力源であるディーゼルエンジン１１で駆動されるメインポンプ１２の吐出油は、チェック弁１２ａを介して制御弁１３に圧油として供給され、この制御弁１３より管路１４ａを経て圧油が供給されたアクチュエータ１４では、ある一定量の正味仕事を外部に対し行うが、それ以外のエネルギは、アクチュエータ１４の発熱や、リリーフ弁１５、制御弁１３内の絞りＲ１、管路１４ａ内の配管抵抗Ｒ２などによるエネルギロスで熱エネルギとなり、多くは作動油の温度を上昇させる形で散逸してしまう。
【０００６】
作動油温度の上昇により、作動油の熱劣化や粘度低下を引き起こし、油圧機器にダメージを及ぼすため、オイルクーラ１６の放熱フィンを外部のオイルクーラモータ１７で駆動される冷却ファン１８により空冷して、作動油温度を下げているが、このオイルクーラモータ１７を駆動するために、エンジン１１でギア駆動されるオイルクーラポンプ１９を設置し、このオイルクーラポンプ１９から圧油をオイルクーラモータ１７に供給しているため、エンジン１１はメインポンプ１２以外にも別の動力を追加供給しなければならない。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２５７６０８号公報（第３頁、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、動力源としてのエンジン１１の動力損失が大きく、動力源エネルギの利用効率が悪いという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、動力源エネルギ利用の非効率性を改善することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、動力源で駆動されるポンプを含む流体圧回路から発生する作動流体の廃熱エネルギを低沸点媒体を用いて吸熱し、吸熱した低沸点媒体を蒸気化させて動力回生用のタービンを回転させ、タービンにより動力源を動力アシストして廃熱エネルギを回生させる廃熱エネルギ再生方法であり、流体圧回路から発生する作動流体の廃熱エネルギを吸熱して蒸気化した低沸点媒体によりタービンを回転させ、このタービンにより動力源を動力アシストして廃熱エネルギを回生させるので、流体圧回路の廃熱エネルギとして無駄に空中に散逸していた動力源の動力損失の一部をタービンを介して動力源に回生でき、動力源エネルギの利用効率を向上できる。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、動力源で駆動される作動流体供給用のポンプを含む流体圧回路と、流体圧回路のエネルギロスにより温度上昇する作動流体を冷却するクーラと、動力源に対して設けられ蒸気化された低沸点媒体が有するエネルギで回転される動力回生用のタービンと、少なくともクーラからタービンにわたって配設されクーラからの廃熱エネルギにて蒸気化された低沸点媒体をタービンに供給してタービンを駆動する低沸点媒体回路とを具備した廃熱エネルギ再生装置であり、動力源で駆動されるポンプを含む流体圧回路で温度上昇してクーラに戻された高温作動流体が有する廃熱エネルギにより蒸気化された低沸点媒体を、低沸点媒体回路により、動力源に対して設けられた動力回生用のタービンに供給してこのタービンを駆動するので、クーラから廃熱エネルギとして無駄に空中に散逸していた動力源の動力損失の一部を、低沸点媒体回路およびタービンにより動力源に回生でき、動力源エネルギの利用効率を向上できる。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項２記載の廃熱エネルギ再生装置における低沸点媒体回路が、建設機械に搭載されている圧縮機および蒸発器を有する空気調和装置回路の蒸発器に供給される低沸点媒体の一部を分流させてクーラ内に通すことでクーラから熱を吸収して低沸点媒体を蒸気化させるヒートパイプと、ヒートパイプ内で蒸気化された低沸点媒体をタービンに供給する供給管路と、タービンから低沸点媒体を空気調和装置回路の圧縮機の吸込側に戻す戻し管路とを具備した廃熱エネルギ再生装置であり、建設機械に搭載されている空気調和装置回路の蒸発器に供給される低沸点媒体の一部を分流させてクーラ内のヒートパイプに通すことでクーラから廃熱エネルギを吸収して低沸点媒体を蒸気化させ、ヒートパイプ内で蒸気化された低沸点媒体を供給管路によりタービンに供給し、タービンからの低沸点媒体を戻し管路により空気調和装置回路の圧縮機の吸込側に戻すので、建設機械に搭載されている空気調和装置回路の一部を有効利用して、ヒートパイプ、供給管路、戻し管路を追加設置することで、低沸点媒体回路を安価に構成でき、また、低沸点媒体をクーラの高温作動流体が有する廃熱エネルギで蒸気化させることで、高温作動流体より熱を奪って作動流体温度を低下させるとともに、蒸気化した低沸点媒体により駆動されたタービンを介して動力源が廃熱エネルギを回収するので、従来の高価な冷却ファン駆動用の流体圧モータを不要とすることができ、コスト低減を図れる。さらに、この冷却ファン駆動用の流体圧モータを回転させるクーラポンプを駆動する際の動力損失もなくなり、経済的である。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、請求項２または３記載の廃熱エネルギ再生装置において、タービンは、動力源がポンプを駆動する動力伝達部から分岐された動力伝達系に設置された廃熱エネルギ再生装置であり、動力源がポンプを駆動する動力伝達部から分岐された動力伝達系を利用して、タービンを容易に設置でき、また、クーラからの廃熱エネルギで蒸気化された低沸点媒体によりタービンで発生した駆動トルクを動力伝達系を介して動力源に回生供給することで、動力源のポンプ駆動動力を軽減でき、動力源のエネルギ消費量を低減できるとともに、流体圧回路で発生した熱エネルギ損失の有効再生回収が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１を参照しながら説明する。なお、図２に示された従来技術と同様の部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００１５】
図１に示されるように、油圧ショベルなどの建設機械の動力源としてのディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）１１でポンプとしてのメインポンプ１２を駆動する動力伝達部としての駆動軸部２１から分岐された動力伝達系としてのエンジンギア部２２の軸２３に、従来のオイルクーラポンプ１９（図２）の代わりに、蒸気化された低沸点媒体（いわゆる冷媒）が有するエネルギで回転駆動される小型の動力回生用の蒸気タービン（以下、単に「タービン」という）２４が連結され、エンジン１１に対して設置されている。
【００１６】
メインポンプ１２を含む流体圧回路としての油圧回路２５の油圧エネルギ損失の結果、温度上昇した作動流体としての作動油の熱エネルギは、殆どが作動油戻り回路２６に設置されたクーラとしてのオイルクーラ１６を通過するので、このオイルクーラ１６により、油圧回路２５のエネルギロスにより温度上昇した作動油を冷却するようにしている。
【００１７】
一方、油圧ショベルなどの建設機械に搭載された通常の空気調和装置（以下、この空気調和装置を「エアコン」という）は、モータ３１により駆動される圧縮機（コンプレッサ）３２と、代替えフロンなどの低沸点媒体から外部へ熱を放出させることにより低沸点媒体を凝縮させる凝縮器（コンデンサ）３３と、凝縮した低沸点媒体３４を溜める受液器３５と、上記モータ３１により駆動され低沸点媒体３４を圧送する低沸点媒体ポンプ３６と、低沸点媒体の圧力を減少させる膨張弁（図示せず）と、膨張弁を経て蒸気化する低沸点媒体に外部から熱を吸収させる蒸発器（エバポレータ、図示せず）とが、順次無端状に接続構成された空気調和装置回路としてのエアコン回路３７を備えている。なお、このエアコン回路３７は、従来機にも設置されているため、図２（従来技術）にも記載する。
【００１８】
このエアコン回路３７を利用して、少なくともオイルクーラ１６からタービン２４にわたって、オイルクーラ１６からの廃熱エネルギにて蒸気化された低沸点媒体をタービン２４に供給してこのタービン２４を駆動する低沸点媒体回路３８が配設されている。
【００１９】
この低沸点媒体回路３８は、建設機械に搭載されているエアコン回路３７の蒸発器に供給される低沸点媒体の一部を分流させてオイルクーラ１６内に通すことでオイルクーラ１６から熱を吸収して低沸点媒体を蒸気化させるヒートパイプ４１と、このヒートパイプ４１内で蒸気化された低沸点媒体をタービン２４に供給する供給管路４２と、タービン２４から低沸点媒体をエアコン回路３７の圧縮機３２の吸込側に戻す戻し管路４３とを具備している。
【００２０】
次に、図１に示された一実施の形態の作用効果を説明する。
【００２１】
低沸点媒体ポンプ３６からエアコン回路３７の蒸発器に供給される凝縮状態の低沸点媒体３４の一部をエアコン回路３７から分流させ、オイルクーラ１６内に設置されたヒートパイプ４１中を通過させ、このとき、従来の冷却ファン１８（図２）による空冷の代わりに、油圧リターンオイルの発熱を低沸点媒体（冷媒）３４の蒸発で吸熱して冷却する。
【００２２】
すなわち、油圧回路２５の温度上昇した作動油が有する熱エネルギを、ヒートパイプ４１中の低沸点媒体が吸収して蒸気化し、この蒸気化した低沸点媒体を、上記エンジン１１からメインポンプ１２以外にも駆動動力を取出すためのエンジンギア部２２の軸２３に設置されたタービン２４に供給するとともに、ヒートパイプ４１にて低沸点媒体に熱エネルギを放出した油圧回路２５の作動油を冷却させる。
【００２３】
このように、動力源としてのエンジン１１でメインポンプ駆動を行う部分のエンジンギア部２２に、従来のオイルクーラポンプ１９（図２）の代わりに、低沸点媒体蒸気で駆動される小型の動力回生用のタービン２４を設置したので、エンジン１１にとってオイルクーラポンプ１９を駆動する動力損失分が軽減される。
【００２４】
また、メインポンプ１２を含む油圧回路２５では、制御弁１３、リリーフ弁１５、配管、アクチュエータ１４での油圧エネルギ損失の結果発生する熱エネルギは殆どが作動油の温度上昇を惹起し、この高温作動油は作動油戻り回路２６にあるオイルクーラ１６を通過するが、建設機械に設置されているエアコン回路３７の蒸発器に供給される代替えフロンなどの低沸点媒体３４をエアコン回路３７から分流させ、この低沸点媒体３４を通過させるヒートパイプ４１をオイルクーラ１６内に設置したので、従来のオイルクーラモータ１７で駆動される冷却ファン１８による空冷の代わりに、低沸点媒体がオイルクーラ１６の高温作動油の熱エネルギで蒸気化する際に、高温作動油より熱を奪い、作動油温度を低下させるとともに、熱エネルギを回収することができる。
【００２５】
この蒸気化した低沸点媒体を、エンジン１１によりメインポンプ駆動を行う部分のエンジンギア部２２に設置したタービン２４に供給し、この低沸点媒体蒸気によりタービン２４を駆動するので、このタービン２４で発生した駆動トルクによりエンジン１１のメインポンプ駆動動力を軽減でき、このため、エンジン燃料消費量の低減とともに、油圧回路２５で発生した熱エネルギ損失の有効再生回収が可能となる。
【００２６】
このようにして、メインポンプ１２を含む油圧回路２５のエネルギロスの結果発生する作動油の温度上昇熱エネルギを、低沸点媒体を用いて吸収し、蒸気化させてタービン２４を回転させ、そのタービン２４でエンジン１１の動力アシストを行わせ、エネルギ回生を行う。
【００２７】
以上のように、従来の建設機械用の動力源であるエンジン１１でメインポンプ駆動を行う部分のエンジンギア部２２にオイルクーラポンプの代わりに、低沸点媒体蒸気で駆動される小型の動力回生用のタービン２４を設置し、建設機械に通常設置されているエアコン回路３７の蒸発器に供給される低沸点媒体３４をエアコン回路３７から分流させ、この低沸点媒体３４を通過させるヒートパイプ４１をオイルクーラ１６内に設置したので、従来の油圧モータ駆動ファン空冷の代わりに、低沸点媒体３４をオイルクーラ１６の高温作動油の熱エネルギで蒸発させ、作動油より熱を奪い作動油温度を低下させるとともに、熱エネルギを回収できる。これにより、従来の高価な冷却ファン駆動用のオイルクーラモータ１７を取り除いて、コスト低減が図れる。
【００２８】
さらに、建設機械に搭載されているエアコン回路３７の蒸発器に供給される低沸点媒体の一部を分流させてオイルクーラ１６内のヒートパイプ４１に通すことで、オイルクーラ１６から廃熱エネルギを吸収して低沸点媒体を蒸気化させ、ヒートパイプ４１内で蒸気化された低沸点媒体を供給管路４２によりタービン２４に供給し、タービン２４からの低沸点媒体を戻し管路４３によりエアコン回路３７の圧縮機３２の吸込側に戻すので、建設機械に搭載されているエアコン回路３７の一部を有効利用して、ヒートパイプ４１、供給管路４２、戻し管路４３を追加設置することで、低沸点媒体回路３８を安価に構成できる。
【００２９】
また、エンジン１１がメインポンプ１２を駆動する駆動軸部２１から分岐された動力伝達系としてのエンジンギア部２２を利用して、タービン２４を容易に設置でき、オイルクーラ１６のヒートパイプ４１内で蒸気化した低沸点媒体を、エンジン１１がメインポンプ駆動を行うエンジンギア部２２に設置したタービン２４に供給し、この低沸点媒体蒸気によりタービン２４で発生した駆動トルクによってエンジン１１のメインポンプ駆動動力を軽減できるため、エンジン燃料消費量の低減とともに、油圧回路２５で発生した熱エネルギ損失の有効な再生回収が可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、流体圧回路から発生する作動流体の廃熱エネルギを吸熱して蒸気化した低沸点媒体によりタービンを回転させ、このタービンにより動力源を動力アシストして廃熱エネルギを回生させるので、流体圧回路の廃熱エネルギとして無駄に空中に散逸していた動力源の動力損失の一部をタービンを介して動力源に回生でき、動力源エネルギの利用効率を向上できる。
【００３１】
請求項２記載の発明によれば、動力源で駆動されるポンプを含む流体圧回路で温度上昇してクーラに戻された高温作動流体が有する廃熱エネルギにより蒸気化された低沸点媒体を、低沸点媒体回路により、動力源に対して設けられた動力回生用のタービンに供給してこのタービンを駆動するので、クーラから廃熱エネルギとして無駄に空中に散逸していた動力源の動力損失の一部を、低沸点媒体回路およびタービンにより動力源に回生でき、動力源エネルギの利用効率を向上できる。
【００３２】
請求項３記載の発明によれば、建設機械に搭載されている空気調和装置回路の蒸発器に供給される低沸点媒体の一部を分流させてクーラ内のヒートパイプに通すことでクーラから廃熱エネルギを吸収して低沸点媒体を蒸気化させ、ヒートパイプ内で蒸気化された低沸点媒体を供給管路によりタービンに供給し、タービンからの低沸点媒体を戻し管路により空気調和装置回路の圧縮機の吸込側に戻すので、建設機械に搭載されている空気調和装置回路の一部を有効利用して、ヒートパイプ、供給管路、戻し管路を追加設置することで、低沸点媒体回路を安価に構成でき、また、低沸点媒体をクーラの高温作動流体が有する廃熱エネルギで蒸気化させることで、高温作動流体より熱を奪って作動流体温度を低下させるとともに、蒸気化した低沸点媒体により駆動されたタービンを介して動力源が廃熱エネルギを回収するので、従来の高価な冷却ファン駆動用の流体圧モータを不要とすることができ、コスト低減を図れる。さらに、この冷却ファン駆動用の流体圧モータを回転させるクーラポンプを駆動する際の動力損失もなくなり、経済的である。
【００３３】
請求項４記載の発明によれば、動力源がポンプを駆動する動力伝達部から分岐された動力伝達系を利用して、タービンを容易に設置でき、また、クーラからの廃熱エネルギで蒸気化された低沸点媒体によりタービンで発生した駆動トルクを動力伝達系を介して動力源に回生供給することで、動力源のポンプ駆動動力を軽減でき、動力源のエネルギ消費量を低減できるとともに、流体圧回路で発生した熱エネルギ損失の有効再生回収が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の廃熱エネルギ再生装置に係る一実施の形態を示す流体圧回路図である。
【図２】従来の油圧回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１１    動力源としてのエンジン
１２    ポンプとしてのメインポンプ
１６    クーラとしてのオイルクーラ
２１    動力伝達部としての駆動軸部
２２    動力伝達系としてのエンジンギア部
２４    タービン
２５    流体圧回路としての油圧回路
３２    圧縮機
３４    低沸点媒体
３７    空気調和装置回路としてのエアコン回路
３８    低沸点媒体回路
４１    ヒートパイプ
４２    供給管路
４３    戻し管路
【図１】
2004278716.tif 000003
【図２】
2004278716.tif 000004