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技術 排熱回収システム

出願人 いすゞ自動車株式会社
発明者 阿部誠石川直也
出願日 2015年5月12日 (4年4ヶ月経過) 出願番号 2015-097391
公開日 2016年12月15日 (2年9ヶ月経過) 公開番号 2016-211483
状態 特許登録済
技術分野 排気消音装置 排気の後処理
主要キーワード モータージェネレーター エンジン近傍 脱硫操作 LNT触媒 排熱回収システム 昇温要求 膨張器 ランキンサイクル
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

後処理装置の性能の低下を招くことなく、エンジン排熱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。

解決手段

ランキンサイクル7の蒸発器3を後処理装置9の上流側の排気通路10に設置するとともに、その後処理装置9への熱伝達が可能なバイパス流路13を設けて、蒸発器3と膨張器4の間に、バイパス流路13の一端部13aに接続する第1三方弁14を設置するとともに、凝縮器5と冷媒ポンプ2の間に、他端部13bに膨張弁15を介して接続する第2三方弁16を設置して、ECU8は、後処理装置9の昇温要求があったときは、第1三方弁14により膨張器4とバイパス流路13とを連通させるとともに、第2三方弁16により凝縮器5とバイパス流路13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。

概要

背景

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。

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。

概要

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。ランキンサイクル7の蒸発器3を後処理装置9の上流側の排気通路10に設置するとともに、その後処理装置9への熱伝達が可能なバイパス流路13を設けて、蒸発器3と膨張器4の間に、バイパス流路13の一端部13aに接続する第1三方弁14を設置するとともに、凝縮器5と冷媒ポンプ2の間に、他端部13bに膨張弁15を介して接続する第2三方弁16を設置して、ECU8は、後処理装置9の昇温要求があったときは、第1三方弁14により膨張器4とバイパス流路13とを連通させるとともに、第2三方弁16により凝縮器5とバイパス流路13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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

冷媒ポンプ蒸発器膨張器及び凝縮器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排ガス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。

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、エンジン排熱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

0004

特開平11−51582号公報

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

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。
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。

実施例

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。

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

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