CN103443438A - 固定用内燃机的吸气冷却装置 - Google Patents

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Abstract

一种固定用内燃机的吸气冷却装置，其在增压机（26）的上游侧以及下游侧的吸气路（24）设有一次吸气冷却器（22）、高温侧吸气冷却器（28）以及低温侧吸气冷却器（30），并且设有将冷却水送到一次吸气冷却器（22）以及低温侧吸气冷却器（30）的吸收式冷冻机（50）、将冷却水送到高温侧吸气冷却器（28）的第二散热器（44）。设置将冷却水送到吸收式冷冻机（50）的第一散热器（52），在设于排气路（32）的排热锅炉34制造水蒸气，将该水蒸气作为热源供应到吸收式冷冻机（50）。设有将流过润滑油循环空间（14）的润滑油冷却的第三散热器72。通过设置第一散热器52、第二散热器44以及第三散热器72，作为冷热源不需要水。

Description

固定用内燃机的吸气冷却装置
技术领域
本发明涉及一种固定用内燃机，涉及适合设置在水不丰富且外气温高的地区的节水型吸气冷却装置。
背景技术
供应到形成在内燃机的气缸内的燃烧室的吸气为了提高填充效率，在供应到燃烧室之前暂时在冷却器冷却。特别是，在具有增压机的内燃机中，在增压机的压缩器被加压的吸气通常升温到100～200℃，因此在压缩器的出口侧吸气路设有热交换器进行冷却。在该热交换器从吸气夺走的热通过散热器等向大气散热。
在专利文献1公开了一种在冷却吸气的冷却器具有供应低温冷媒的吸收式冷冻机的内燃机的吸气冷却装置。下面，通过图3（专利文献1的图2）说明该装置。在图3中，排气管102和吸气管104与柴油机100连接。在排气管102连接有将柴油机100的排放气体向外部放出的排气路106，在吸气管104连接有导入外气的吸气路108。
跨过排气管102以及吸气管104设有增压机110。在增压机110中，设在排气管102的排气涡轮机112和设在吸气管104的压缩器114经由轴116一体地构成。在吸气管104设有热交换器118。在热交换器118和吸收式冷冻机122之间架设有管路120。管路120设置在构成吸收式冷冻机122的蒸发器的热交换器124。冷却水从吸收式冷冻机122经由管路120供应到热交换器118。
在排气路106和构成吸收式冷冻机122的发生器用热交换器126之间通过管路128连接。在排气路106设有与管路128连接的排气热交换器130。
在排气热交换器130从流过排气路106的排放气体e回收的热能以水蒸气作为介质，经过管路128送到发生器用热交换器126。吸收式冷冻机122通过从该热能以及从冷却塔等输送的冷却水运转。通过吸收式冷冻机122的运转，冷却流过蒸发器内的热交换器124的冷却水。在热交换器124冷却的冷却水被送到空气冷却器118，冷却流过吸气管104的吸气a。
在该吸气冷却装置中，使用消费电力少的吸收式冷冻机122，并且作为吸收式冷冻机122的热源利用排放气体e的潜势热，因此能够提高热效率。
此外，在专利文献1的图3中公开了将冷却柴油机100之后的冷却水的潜势热作为吸收式冷冻机的热源利用的例子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：（日本）特开昭58-79618号公开公报
发明内容
发明要解决的技术问题
通常，与吸收式冷冻机一起设置冷却塔，在冷却塔利用水的蒸发潜热冷却供应到所述蒸发器、吸收器的冷却水。为此，在冷却塔需要大量的水。此外，像热带地区那样外气温度高的地区，如果将高温的外气作为吸气利用，在增压器被加压的吸气升温至高的温度。为此，需要以高效率冷却高温的吸气的装置。因此，在像水不丰富的地区、热带地区等气温高的地区，即使设置了固定用内燃机也难以获得充分的输出。
本发明鉴于涉及的现有技术的技术问题，旨在实现一种节水型吸气冷却装置，即使在水不丰富、经常缺水的地区，或者外气温度高的地区设置固定用内燃机的情况下，水的消费量少，并且能够以高效率降低吸气温度。
解决技术问题的技术方案
为了达到所述目的，本发明的固定用内燃机的吸气冷却装置是，一种在吸气路以及排气路具有增压机的固定用内燃机的吸气冷却装置，包括：第一吸气冷却器，其设在构成增压机的压缩器的上游侧吸气路，对吸气进行一次冷却；第二吸气冷却器，其二次冷却在该压缩器被加压升温的压缩器出口侧吸气；吸收式冷冻机，其将固定用内燃机的排放气体的潜势热作为热源，将吸气冷却用冷却水供应到第一吸气冷却器以及第二吸气冷却器；热交换器，其使冷却水与外气热交换而冷却，将该冷却水作为冷热源供应到吸收式冷冻机，在第一吸气冷却器以及第二吸气冷却器冷却供应到固定用内燃机的燃烧室的吸气。
在本发明中，首先，将导入到吸气路的外气在增压机的上游侧的第一吸气冷却器一次冷却。为此，即使较高温的外气，例如，具有50℃左右的温度的外气，也能够冷却而导入到增压机。接着，将在构成增压机的压缩器被加压而成为高温的吸气在增压机的下游侧的第二吸气冷却器冷却之后，供应到固定用气体发动机的燃烧室。
将第一吸气冷却器以及第二吸气冷却器的吸气冷却用冷却水在吸收式冷冻机冷却。作为吸气冷却用冷却水的冷却装置，利用消费电力少的吸收式冷冻机，并且以排放气体的潜势热解决供应到吸收式冷冻机的热源，以外气解决供应到吸收式冷冻机的冷热源，因此不需要多余的热源。因此，能够节能化，并且提高冷却效率。
此外，冷却作为吸收式冷冻机的冷热源的冷却水的热交换器，作为冷热源利用外气而不需要水。因此，即使在缺水的地区也不会带来困难。因此，根据本发明装置，即使在水不丰富，且外气温高的地区也能够节能且高效地运转吸气冷却装置。
在本发明中，第二吸气冷却器具有：冷却在增压机被加压的高温吸气的高温侧吸气冷却器；进一步冷却在该高温侧吸气冷却器被冷却的吸气，供应到气缸内的低温侧吸气冷却器，包括将与外气进行热交换而冷却的冷却水供应到高温侧吸气冷却器的第二热交换器，将冷却水从吸收式冷冻机供应到低温侧吸气冷却器，并且，使在高温侧吸气冷却器供吸气冷却之后的冷却水经过固定用内燃机的冷却水套返回第二热交换器。
在这样的结构中，将在吸收式冷冻机冷却的冷却水供应到低温侧吸气冷却器，将在第二热交换器冷却的冷却水供应到高温侧吸气冷却器，由此分担冷却对象，所以在比蒸汽压缩式冷冻机等冷却能力小的吸收式冷冻机也能够充分地应对。
此外，因为与压缩器下游侧的高温吸气的热交换，高温侧吸气冷却器不需要太低温的冷却水。因此，在以外气作为冷热源的第二热交换器也能够充分地应对。进一步地，第二热交换器因为是将外气作为冷热源而不需要水，在缺水的地区也能够运转。
在本发明装置中，优选地，包括：排气锅炉，其设在固定用内燃机的排气路；水蒸气供应路，其将在排气锅炉获得的水蒸气的至少一部分供应到吸收式冷冻机，将该水蒸气作为吸收式冷冻机的热源供应。由此，能够高效地回收排放气体的潜势热，作为吸收式冷冻机的热源利用。此外，能够将该水蒸气的残留充当为其它设备的热源。
在本发明装置中，优选地，包括：冷却水循环路，其在第二吸气冷却器或者低温侧吸气冷却器和吸收式冷冻机之间循环冷却水；旁路，其连接在该冷却水循环路的去路和归路之间，使冷却水不经过吸收式冷冻机，而返回第二吸气冷却器或者低温侧吸气冷却器，所述冷却水与在增压机被加压成为高温的吸气进行热交换，而从第二吸气冷却器或者低温侧吸气冷却器排出；阀结构，其使流过该旁路的冷却水的流量成为可变；控制器，其控制该阀机构，根据固定用内燃机的负荷控制由吸收式冷冻机供应的冷却水量。由此，能够通过所述控制器，根据固定用内燃机的负荷，控制供应到第二吸气冷却器或者低温侧吸气冷却器的冷却水的温度以及流量。
在本发明装置中，优选地，包括：温度传感器，其检测从吸收式冷冻机供应到第二吸气冷却器或者低温侧吸气冷却器的冷却水的温度；控制器，其控制吸收式冷冻机的运转，使该温度传感器的检测值成为目标值。由此，能够将供应到吸收式冷冻机或者低温侧吸气冷却器的冷却水的温度控制在目标温度。
在本发明装置中，优选地，包括：第三热交换器，其使在形成于固定用内燃机的外壳内的润滑油空间循环的润滑油和外气热交换，冷却该润滑油；润滑油循环路，其与该润滑油空间连通，将该润滑油导入该第三热交换器。由此，能够将在外壳内的各部位循环的润滑油在第三热交换器冷却。而且，第三热交换器作为冷热源不使用水，在缺水的地区也能够运转。
发明的效果
根据本发明，固定用内燃机的吸气冷却装置在吸气路以及排气路具有增压机，该吸气冷却装置包括：第一吸气冷却器，其设在构成增压机的压缩器的上游侧吸气路，一次冷却吸气；第二吸气冷却器，其二次冷却在该压缩器被加压升温的压缩器出口侧吸气；吸收式冷冻机，其将固定用内燃机的排放气体的潜势热作为热源，将吸气冷却用冷却水供应到第一吸气冷却器以及第二吸气冷却器；热交换器，其使冷却水与外气热交换而冷却，将该冷却水作为冷热源供应到吸收式冷冻机，在第一吸气冷却器以及第二吸气冷却器冷却供应到固定用内燃机的燃烧室的吸气，因此运转吸收式冷冻机不需要特别的热源，能够节能且高效地运转，并且，以二阶段冷却吸气，即使作为吸气导入高温的外气，也能够将供应到燃烧室的吸气冷却到目标温度。此外，作为吸收式冷冻机的冷热源不使用水，所以在水不丰富的地区也能够没有困难地运转。因此，能够在水不丰富且外气温高的地区实现适合的吸气冷却装置。
附图说明
图1是将本发明适用在固定用气体发动机的一个实施方式的整体结构图。
图2是表示所述实施方式的动作顺序的流程图。
图3是现有的内燃机的吸收冷却装置的结构图。
具体实施方式
下面，通过图示的实施方式对本发明进行详细说明。但是，该实施方式所公开的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别的说明，就不对本发明范围进行限制。
参照图1以及图2，说明将本发明适用在设置于气温高且缺水的地区，例如，热带的干燥地区的固定用气体发动机的一个实施方式。在图1中，在固定用气体发动机10的外壳12设有多个形成在气缸内的燃烧室13、将润滑油供应到外壳12内的各部位的润滑油循环路14、用于将外壳12内的各部位通过冷却水冷却的冷却水套16。此外，在图1中示意性地表示燃烧室13、润滑油循环路14以及冷却水套16。固定用气体发动机10经由惯性论与发电机20连接。
固定用气体发动机10的吸气系统具有将取入的外气a一次冷却的一次吸气冷却器22。在一次吸气冷却器22的下游侧吸气路24设有构成增压机26的压缩器26a。在压缩器26a的下游侧，吸气路24设有高温侧吸气冷却器28以及低温侧吸气冷却器30。在压缩器26a被加压升温的吸气s在高温侧吸气冷却器28被二次冷却，接着在低温侧吸气冷却器30被三次冷却后，被供应到固定用气体发动机10的燃烧室13。
从固定用气体发动机10的燃烧室13被排放到排气路32的排放气体e驱动设在排气路32的排气涡轮机26b。排气涡轮机26b和压缩器26a通过轴26c连接，由压缩器26a和排气涡轮机26b构成增压机26。在排气涡轮机26b的下游侧排气路32设有排热锅炉34。原料水w被供应到排热锅炉34，通过排放气体e的潜势热制造水蒸气。在排热锅炉34被制造的水蒸气，经过管路36以及38，作为热源供应到后述的吸收式冷冻机50的发生器（图中省略）。
经过从管路36分岔的管路40，水蒸气的一部分作为其他设备的热源被供应。在管路36以及40的分岔部设有三通阀42，能够通过三通阀42将水蒸气分配到管路38或者40。
在冷却水套16、高温侧吸气冷却器28以及第二散热器44设有循环冷却水的冷却水循环路46。第二散热器44包括风扇等收进外气a的机构、使外气a和冷却水热交换的热交换部，具有通过外气a冷却冷却水的功能。在第二散热器44冷却的冷却水通过泵48在冷却水循环路46向箭头方向循环。通过该冷却水，在高温侧吸气冷却器28冷却吸气s。在高温侧吸气冷却器28供于冷却的冷却水接着被送到冷却水套16，冷却外壳12内的各部位。
和吸收式冷冻机50一起，设有供应成为吸收式冷冻机50的冷热源的冷却水的第一散热器52。第一散热器52具有与第二散热器44相同的结构。即，包括外气取入机构和使外气a和冷却水热交换的热交换部，具有通过外气a冷却冷却水的功能。第一散热器52和吸收式冷冻机50通过冷却水循环路54a以及54b连接，通过设在冷却水循环路54a的泵56，冷却水在第一散热器52以及吸收式冷冻机50之间循环。
如前所述，在吸收式冷冻机50，经由管路36以及38供应成为热源的水蒸气，并且从第一散热器52供应作为冷热源的冷却水到凝缩器以及吸收器（图中省略）。吸收式冷冻机50和低温侧吸气冷却器30经由冷却水循环路58a以及58b连接。在吸收式冷冻机50冷却的冷却水通过设在冷却水循环路58a的泵60，在冷却水循环路58a、58b循环，在低温侧吸气冷却器30冷却吸气s。
在冷却水循环路58a连接有将冷却水供应到一次吸气冷却器22的冷却水循环路74a。在冷却水循环路58b连接有使在一次吸气冷却器22冷却外气a之后的冷却水返回冷却水循环路58b的冷却水循环路74b。因此，通过从冷却水循环路58a分岔的冷却水循环路74a，在一次吸气冷却器22也供应冷却水，冷却外气a。
此外，设有与润滑油循环空间14连通且将润滑油向外壳12的外部导出的润滑油循环路70a以及70b，润滑油循环路70a以及70b在外壳12的外部与第三散热器72连接。第三散热器72具有与第一散热器52以及第二散热器44相同的结构，具有外气取入机构和热交换部。在第三散热器72取入外气a，使取入外气a和润滑油热交换，具有冷却润滑油的功能。
在冷却水循环路58a、58b之间且比冷却水循环路74a、74b的连接部更靠吸收式冷冻机50侧的位置设有旁路62。在冷却水循环路58a和旁路62的分岔部设有三通阀64。在冷却水循环路58a设有检测冷却水温的温度传感器66。此外，设有控制吸收式冷冻机50的运转的控制器68。控制器68输入温度传感器66的检出值，基于该检出值控制吸收式冷冻机50的运转。
控制器68通过控制三通阀42的打开程度，控制供应到吸收式冷冻机50的水蒸气的流量。进一步地，通过根据固定用气体发动机10的负荷控制三通阀64的打开程度，控制分配到冷却水循环路58a以及旁路62的冷却水的分配量。
有必要在低温侧吸气冷却器30以32℃供应一定量的冷却水。从低温侧吸气冷却器30排出的冷却水的温度容易根据固定用气体发动机10的负荷变动成比35℃低的温度。因此，如果就这样直接供应到吸收式冷冻机50，则难以将供应到低温侧吸气冷却器30的冷却水温度保持在32℃。因此，利用控制器68控制三通阀64的打开程度，通过控制绕过吸收式冷冻机50的冷却水量，将供应到低温侧吸气冷却器30的冷却水的流量以及温度控制为一定。
这样，通过控制器68，基于温度传感器66的检出值控制吸收式冷冻机50的运转，此外，根据固定用气体发动机10的负荷控制三通阀42以及64，由此将供应到一次吸气冷却器22以及低温侧吸气冷却器30的冷却水温和流量保持一定。
在图1中，在各部位附记有外气a、吸气s、排放气体e、冷却水等的设定温度。本实施方式是将外气a的温度设定为50℃的例子。
根据这样的结构，50℃的外气a通过压缩器26a的吸引力吸入到一次吸气冷却器22。在一次吸气冷却器22有32℃冷却水经由冷却水循环路74a送来，被吸入的外气a在一次吸气冷却器22与从吸收式冷冻机50供应的冷却水热交换，一次冷却到40℃。供于外气a的冷却之后的冷却水经由冷却水循环路74b以及58b，返回吸收式冷冻机50。
被一次冷却的吸气s在增压机26的压缩器26a被加压升温到200℃。升温到200℃的吸气s在高温侧吸气冷却器28与从第二散热器44供应的冷却水热交换，进行二次冷却。被二次冷却的吸气s在低温侧吸气冷却器30与从吸收式冷冻机50供应的32℃的冷却水热交换，三次冷却到40℃。被三次冷却到40℃的吸气s被供应到固定用气体发动机10的燃烧室13。
从固定用气体发动机10的燃烧室13排出的排放气体e被导入到排热锅炉34。在排热锅炉34，利用排放气体e的潜势热制造水蒸气。该水蒸气经由管路36以及38，作为热源供应到吸收式冷冻机50。在吸收式冷冻机50，作为冷热源从第一散热器52供应有冷却水，通过这些热源以及冷热源运转。32℃的冷却水在吸收式冷冻机50被制造，该冷却水被送到一次吸气冷却器22以及低温侧吸气冷却器30，在一次吸气冷却器22以及低温侧吸气冷却器30冷却吸气s。
在第二散热器44被冷却的冷却水，在高温侧吸气冷却器28的下游侧被送到冷却水套16，冷却外壳12内的各部位。此外，外壳12的润滑油从润滑油循环空间14经过润滑油循环路70a被送到第三散热器72冷却。在第三散热器72被冷却的润滑油经过润滑油循环路70b返回润滑油循环空间14。
下面，通过图2的流程图说明控制器68的控制顺序。在图2中，在吸收式冷冻机50的运转开始后（S12），配合固定用气体发动机10的负荷状态，控制三通阀42以及64的动作，调整供应到一次吸气冷却器22以及低温侧吸气冷却器30的冷却水的温度（S14）。
接着，如果输入到控制器68的温度传感器66的检测值在设定范围（A≤温度检测值≤B）（S16），则终止控制（S18）。如果在该设定范围之外，则通过控制器68控制吸收式冷冻机50的运转（S20），使该检测值变成设定范围内。
根据本实施方式，将导入到吸气路24的外气a在增压机26的上游侧以及下游侧吸气路24经过三阶段冷却，所以即使是具有50℃的温度的外气a，也能够作为设定温度40℃供应到固定用气体发动机10的燃烧室13。此外，在导入低温的吸气s的一次吸气冷却器22以及低温侧吸气冷却器30，供应通过消费电力小且以排放气体e的潜势热作为热源，以外气作为冷热源的吸收式冷冻机50制造的冷却水，所以无需特别的热源，能够达成节能且高效的冷却效率。
此外，第一散热器52、第二散热器44以及第三散热器72的任一个均使用外气a，所以不需要水。因此，在缺水的地区也能够工作。因此，本实施方式的吸气冷却装置即使在水不丰富而具有缺水倾向，且外气温高的热带干燥地区，也能够高效地运转。
此外，供应到高温侧吸气冷却器28的冷却水，没有必要是太低温，所以能够通过将外气a作为冷热源的第二散热器44充分地应对。此外，在吸收式冷冻机50只冷却供应到一次吸气冷却器22以及低温侧吸气冷却器30的冷却水，所以与蒸汽压缩式冷冻机相比，通过冷却能力小的吸收式冷冻机也能够充分地应对。通过这些组合，不需要特别的能源而实现节能且高效的冷却效率。
此外，在排气路32设置排热锅炉34，通过排放气体e的潜势热制造水蒸气，将该水蒸气作为吸收式冷冻机50的热源使用，所以能够将排放气体e的潜势热有效地回收。水蒸气的残留也能够作为其它设备的热源利用。
此外，在管路36设置三通阀42，并且在冷却水循环路58a、58b设置旁路62和三通阀64，通过控制器68，根据固定用气体发动机10的负荷状态，控制三通阀42以及64的打开程度，所以能够根据固定用气体发动机10的负荷状态，控制供应到一次吸气冷却器22以及低温侧吸气冷却器30的冷却水的温度。
此外，在冷却水循环路58a设置检测冷却水的温度的温度传感器66，通过控制器68，基于温度传感器66的检测值控制吸收式冷冻机50的运转，使冷却水的温度成为目标温度，所以能够将供应到一次吸气冷却器22以及低温侧吸气冷却器30的冷却水的温度高精度地控制在目标值。
此外，能够在不使用水的第三散热器72冷却润滑外壳12的内部的润滑油的温度。
另外，在上述实施方式中，固定用气体发动机10经由惯性轮与发电机20连结，但是作为发电机20的替代，泵、压缩器被连结而驱动这些设备。此外，本发明也能够适用在固定用气体发动机以外的固定用内燃机。
产业上的利用可能性
根据本发明，能够实现节能且冷却效率高，适合水不丰富的高气温的地区的固定用内燃机的吸气冷却装置。

Claims (6)

1.一种固定用内燃机的吸气冷却装置，所述固定用内燃机在吸气路以及排气路具有增压机，其特征在于，包括：
第一吸气冷却器，其设在构成所述增压机的压缩器的上游侧吸气路，对吸气进行一次冷却；
第二吸气冷却器，其二次冷却在该压缩器被加压升温的压缩器出口侧吸气；
吸收式冷冻机，其将固定用内燃机的排放气体的潜势热作为热源，将吸气冷却用冷却水供应到所述第一吸气冷却器以及第二吸气冷却器；
热交换器，其使冷却水与外气热交换而冷却，将该冷却水作为冷热源供应到所述吸收式冷冻机，
在所述第一吸气冷却器以及第二吸气冷却器冷却供应到固定用内燃机的燃烧室的吸气。
2.根据权利要求1所述的固定用内燃机的吸气冷却装置，其特征在于，所述第二吸气冷却器具有：冷却在所述增压机被加压的高温吸气的高温侧吸气冷却器；进一步冷却在该高温侧吸气冷却器被冷却的吸气，而供应到气缸内的低温侧吸气冷却器，
所述吸气冷却装置包括将与外气进行热交换而冷却的冷却水供应到所述高温侧吸气冷却器的第二热交换器，
将冷却水从所述吸收式冷冻机供应到所述低温侧吸气冷却器，并且，使在所述高温侧吸气冷却器供吸气冷却之后的冷却水经过固定用内燃机的冷却水套返回所述第二热交换器。
3.根据权利要求1或者2所述的固定用内燃机的吸气冷却装置，其特征在于，包括：
排气锅炉，其设在固定用内燃机的排气路；
水蒸气供应路，其将在该排气锅炉获得的水蒸气的至少一部分供应到所述吸收式冷冻机，
将该水蒸气作为吸收式冷冻机的热源进行供应。
4.根据权利要求1或者2所述的固定用内燃机的吸气冷却装置，其特征在于，包括：
冷却水循环路，其在所述第二吸气冷却器或者所述低温侧吸气冷却器和所述吸收式冷冻机之间循环冷却水；
旁路，其连接在该冷却水循环路的去路和归路之间，使冷却水不经过吸收式冷冻机，而返回第二吸气冷却器或者低温侧吸气冷却器，所述冷却水与在增压机被加压成为高温的吸气进行热交换，而从第二吸气冷却器或者低温侧吸气冷却器排出；
阀机构，其使流过该旁路的冷却水的流量成为可变；
控制器，其控制该阀机构，根据固定用内燃机的负荷控制由吸收式冷冻机供应的冷却水温度。
5.根据权利要求1或者2所述的固定用内燃机的吸气冷却装置，其特征在于，包括：
温度传感器，其检测从所述吸收式冷冻机供应到所述第二吸气冷却器或者所述低温侧吸气冷却器的冷却水的温度；
控制器，其控制吸收式冷冻机的运转，使该温度传感器的检测值成为目标值。
6.根据权利要求1或者2所述的固定用内燃机的吸气冷却装置，其特征在于，包括：
第三热交换器，其使在形成于固定用内燃机的外壳内的润滑油空间循环的润滑油和外气热交换，冷却该润滑油；
润滑油循环路，其与该润滑油空间连通，将该润滑油导入该第三热交换器。
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