(57)【要約】【課題】排熱のエネルギー量が大きく変化している状態でも、蒸発器内での作動流体の蒸発面を一定にして、ウォーターハンマーによる膨張器の損傷を防止することができる排熱回収装置を提供する。【解決手段】ポンプ２から送出された作動流体３が、蒸発器４、膨張器５及び凝縮器６を順に循環するランキンサイクル７を用いてディーゼルエンジン１の排ガスＧの排熱を回収する排熱回収装置において、ＥＣＵ１９は、ディーゼルエンジン１のエンジン回転数及び燃料噴射量と予め設定されたマップデータとに基づいて排ガスＧの排熱の熱量を推定し、その熱量未満であって予め設定された作動流体３の蒸発に必要な熱量を決定し、その決定された熱量を回収可能な作動流体３の流量が蒸発器４内で得られるようにポンプ２の回転数を制御する。【選択図】図１
2016094847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプから送出された作動流体が、蒸発器、膨張器及び凝縮器を順に循環するランキンサイクルを用いてディーゼルエンジンの排熱を回収する排熱回収装置において、
前記ポンプの回転数を制御する制御手段を設け、
前記制御手段は、前記ディーゼルエンジンのエンジン回転数及び燃料噴射量と予め設定されたマップデータとに基づいて前記排熱の熱量を推定し、
前記排熱の熱量未満であって予め設定された前記作動流体の蒸発に必要な熱量を決定し、
前記決定された熱量を回収可能な該作動流体の流量が、前記蒸発器内で得られるように、前記ポンプの回転数を制御することを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記ディーゼルエンジンの排熱が、排ガス、ＥＧＲガス、圧縮後の吸入空気又はエンジン本体で吸熱後の冷却水である請求項１に記載の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排熱回収装置に関し、更に詳しくは、排熱のエネルギー量が大きく変化している状態でも、蒸発器内での作動流体の蒸発面を一定にして、ウォーターハンマーによる膨張器の損傷を防止することができる排熱回収装置に関する。
【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、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の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）。ディーゼルエンジンの排熱の発生源としては、排気熱、ＥＧＲ熱や冷却水熱などが挙げられる。
【０００３】
ランキンサイクルにおいては、膨張器に液体状の作動流体が流入すると、ウォーターハンマーにより膨張器が損傷するおそれがあるため、作動流体が蒸発器内において渇き蒸気となるように流量を調整する必要がある。それには、液面センサを用いて蒸発器内の液面（蒸発面）を一定にする制御を行うことが考えられるが、車両のように排熱のエネルギー量が大きく変化している状態では制御の信頼性が低下するおそれがある。
【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、排熱のエネルギー量が大きく変化している状態でも、蒸発器内での作動流体の蒸発面を一定にして、ウォーターハンマーによる膨張器の損傷を防止することができる排熱回収装置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装置は、ポンプから送出された作動流体が、蒸発器、膨張器及び凝縮器を順に循環するランキンサイクルを用いてディーゼルエンジンの排熱を回収する排熱回収装置において、前記ポンプの回転数を制御する制御手段を設け、前記制御手段は、前記ディーゼルエンジンのエンジン回転数及び燃料噴射量と予め設定されたマップデータとに基づいて前記排熱の熱量を推定し、前記排熱の熱量未満であって予め設定された前記作動流体の蒸発に必要な熱量を決定し、前記決定された熱量を回収可能な該作動流体の流量が、前記蒸発器内で得られるように、前記ポンプの回転数を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の排熱回収装置によれば、液面センサを用いることなく、蒸発器の出口において作動流体が必ず蒸発するようにしたので、排熱のエネルギー量が大きく変化している状態でも、ウォーターハンマーによる膨張器の損傷を防止することができる。
【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装置の構成図である。
【図２】制御手段の制御内容を説明するフロー図である。
【図３】マップデータの例を示すグラフである。
【図４】ポンプの送出流量を決定する過程を説明するグラフである。
【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装置を示す。なお、図中の矢印は、流体又は気体が流れる方向を示している。
【００１０】
この排熱回収装置は、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の排熱である排ガスＧの熱量を、ポンプ２から送出された作動流体３が順に循環する蒸発器４、膨張器５及び凝縮器６を備えたランキンサイクル７を用いて回収するものである。なお、ディーゼルエンジン１の排熱源としては、排ガスＧの他に、ＥＧＲガス、過給器で圧縮された吸入空気やエンジン本体で吸熱後の冷却水などが例示される。
【００１１】
ランキンサイクル７の作動流体３としては、純水やフロン系の冷媒などが例示される。また、蒸発器４は、ディーゼルエンジン１の排ガスＧと作動流体３との間の熱交換を行う。
【００１２】
膨張器５には、タービン軸８を通じて発電機９が連結されている。凝縮器６は、作動流体３と冷却源（図示せず）との間の熱交換を行う。この冷却源としては、インタークーラー用の冷却水や冷却ファンによる冷却風などが例示される。
【００１３】
ランキンサイクル７において作動流体３は、ポンプ２において液体の状態で圧縮され、蒸発器４において定圧的に加熱されて高圧の気体となり、膨張器５で断熱膨張しつつタービン軸８を通じて発電機９を回転駆動して発電させた後に、凝縮器６において定圧的に冷却されて再び液体に戻る。
【００１４】
ディーゼルエンジン１では、吸気通路１０からインテークマニホールド１１を経てエンジン本体１２に供給された吸入空気Ａは、インジェクタ１３を通じて燃焼室内に噴射された燃料と混合・燃焼して、シリンダ１４内のエンジンピストン１５を往復動させてクランクシャフト１６を回転駆動した後に、エキゾーストマニホールド１７から排気通路１８へ排ガスＧとなって排気される。
【００１５】
また、車両にはＥＣＵ１９が搭載されており、クランクシャフト１６に設置された回転センサ２０を通じて取得したエンジン回転数などの運転情報に基づいて、インジェクタ１３の燃料噴射量や噴射タイミングなどを制御するようになっている。
【００１６】
そして、ランキンサイクル７のポンプ２は、ＥＣＵ１９に信号線（一点鎖線で示す）を通じて接続されており、ＥＣＵ１９により回転数（作動流体３の送出量）が制御されるようになっている。
【００１７】
このような排熱回収装置におけるＥＣＵ１９の制御内容を、図２に基づいて以下に説明する。
【００１８】
ＥＣＵ１９は、回転センサ２０の検出値を入力するとともに、インジェクタ１３の燃料噴射量を記憶する（Ｓ１０）。
【００１９】
次に、図３に示すような、エンジン回転数及び燃料噴射量と排ガスＧの熱量との関係を表す予め設定されたマップデータに基づいて、排ガスＧの熱量Ｈ１を推定する（Ｓ２０）。
【００２０】
次に、図４に示すように、上記で推定された熱量Ｈ１未満であって、かつ作動流体３を蒸発させるのに必要な熱量Ｈ２を決定する（Ｓ３０）。この熱量Ｈ２は、車両に搭載前のランキンサイクル７単体において予め実験で確認しておく。つまり、蒸発器４において作動流体３が受け取れる熱エネルギーが増加しても、熱交換により回収できる熱量は増えないことから、作動流体３を蒸発させるのに必要な熱量Ｈ２を回収する。
【００２１】
そして、図４に示すように、熱量Ｈ２を回収可能な作動流体３の流量Ｓを算出し（Ｓ４０）、その流量Ｓが蒸発器４内で得られるように、ポンプ２の回転数を制御して送出流量を調整する（Ｓ５０）。
【００２２】
このような制御を行うことにより、液面センサを用いることなく、かつ蒸発器４の出口において作動流体３０が必ず蒸発するようになるので、排熱のエネルギー量が大きく変化している状態でも、ウォーターハンマーによる膨張器５の損傷を防止することができるのである。
【符号の説明】
【００２３】
１  ディーゼルエンジン
２  ポンプ
３  作動流体
４  蒸発器
５  膨張器
６  凝縮器
７  ランキンサイクル
１３  インジェクタ
１４  シリンダ
１９  ＥＣＵ
２０  回転センサ
【図１】
2016094847.tif 000003
【図２】
2016094847.tif 000004
【図３】
2016094847.tif 000005
【図４】
2016094847.tif 000006