CN1291148C - 发动机的排热回收装置 - Google Patents

Abstract

一种发动机的排热回收装置能够无时间差地检测出热介质液的有无或者不足。使热介质液在冷却发动机2的水套及将发动机排气作为热源的排气热交换器9中循环回收发动机2的排热。在热介质循环经由线路12上的作为排热回收位置的发动机2的附近设置第1温度传感器TW1。在循环经由线路12上的第1的温度传感器TW1的下游设置第2温度传感器TW2。在不存在热介质液的异常时，在第1温度传感器TW1及第2温度传感器TW2的输出间产生比正常时大的温度差。在此设置在通过第1及第2温度传感器TW1、TW2检测出的温度差超过预定值时输出热介质液不足信号的机构。

Description

发动机的排热回收装置

技术领域

本发明涉及发动机排热回收装置，特别是被作为动力源用在联合能源产生装置等上的发动机的排热回收装置。

背景技术

近年来，为了致力于解决地球环境问题，从谋求有效利用能源的观点来看，将伴随动力源运转而产生的热能(排热)进行回收再利用的联合能源产生装置倍受注目。在这种联合能源产生装置方面，例如：把以城市煤气作为燃料的燃气发动机当作动力源使用，进行发电及供应热水等。在用于联合能源产生装置的发动机的排热回收装置方面，通过水泵使水等热介质在用于发动机冷却的水套及以发动机的排气作为热源的排气热交换器中循环进行热回收，通过这种热回收从温度上升的热介质中取出热量(热输出)。

在上述排热回收装置中，由于某些原因如果在热介质的循环系统中不能确保充分的热介质量，受热部(发动机)及其周边的温度上升可能引起与发动机接触的部件等的故障。例如：在施工或维护保养时忘记添加热介质，或者由于故障发生泄露、混入空气等导致热介质的不足。在冷却水的温度异常地上升到设定温度时启动发动机保护回路的排热回收系统被公众所知。例如：在日本特开平7-247834号公报中，公开了使供应发动机冷却部的冷却水的温度维持设定温度、发动机保护回路不进行不必要启动的装置。

在这种具有现有的保护回路的系统中，由于在循环经由线路受热部附近配置的水温传感器检测出的温度变成规定值以上时能够辨别为异常状态，所以这种传感器也被兼用于检测如上所述的异常状态。但是，这种情况下，相对于实际的温度上升、传感器的检测温度直到超过规定值的时间差很大、存在不能进行充分保护的可能性，而且需要将辨别异常状态临界温度设定为大于热介质液的上限温度的值。

发明内容

本发明的目的是提供一种尽早检测出充分量的热介质未进行正常的循环、能够确实保护受热部的发动机的排热回收装置。

本发明是一种发动机的排热回收装置，该装置使热介质液在冷却发动机的水套中循环回收发动机排出的热量，其第1特征在于，具有第1温度传感器、第2温度传感器和发出热介质液不足信号的机构，该第1温度传感器在前述热介质液循环经由线路中设置在排热回收位置上，该第2温度传感器设置在前述循环经由线路中的第一温度传感器的下游，该发出热介质液不足信号的机构当通过前述第1及第2传感器检测出的温差超过预定值时发出热介质液不足信号。其第2特征在于，使前述热介质液在以发动机排气作为热源的排气热交换器中进行再循环。

通过上述第1或者第2特征，当在循环经由线路上没有热介质液时，由于在第1及第2温度传感器之间通过空气进行热传导，与热介质液充足的循环的情况相比通过两温度传感器检测出的温度差将变大。因此，通过该检测出的温度差是否超过预定值来检验出热介质的有无或者不足。

还有，本发明的第3特征在于，在前述循环经由线路中的容易积存空气的位置配置前述第1温度传感器及第2温度传感器之中的至少一方。当热介质的不足量少的情况下，通过在容易积存空气的位置配置前述第1温度传感器及第2温度传感器之中的至少一方，在两温度传感器之间容易夹置热传导率小的空气层，因此，即使热介质液的不足部分少的情况下，也会产生两温度传感器的检测温度差，能够及早检测出热介质液的不足。

再有，本发明的第4特征在于，前述第1及第2温度传感器是构成故障自动保险系统的两个温度传感器。根据第4特征，通过将用于故障自动保险系统而设置的两个温度传感器作为第1及第2温度传感器使用，不需要添加温度传感器能够检测出热介质液的有无乃至不足。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例的排热回收装置主要部分构成的程序图。

图2是排热回收装置的右外观立体图。

图3是排热回收装置的左外观立体图。

图4是取下外罩状态的排热回收装置正视图。

图5是取下外罩状态的排热回收装置右侧视图。

图6是取下外罩状态的排热回收装置左侧视图。

图7是排热回收装置的主要部分的放大立体图。

图8是表示为了辨别热介质有无的主要部分功能的程序图。

图9是表示温度传感器的检测输出的推移的图。

具体实施方式

以下将参照图面对本发明的一个实施例进行详细地说明。图1是表示本发明的一个实施例的发动机的排热回收装置主要部分的程序图。排热回收装置1从内燃机发电机的发动机部分回收排热。排热回收装置1由被隔板100分隔的上下两个室构成，通过该隔板100两个室阻断了相互空气的流通。在两个室中，在下方的室中设置有发动机2及与发动机2机械的连接驱动的发电机3。发电机3被发动机2驱动产生交流电。发动机2上设有储存润滑油的机油盘4。在机油盘4上连接着机油冷却器5(机油热交换器)，机油热交换器5进行机油盘4内的机油与热介质(冷却水)的热交换。

在从收容着发动机2的室隔离、不容易受发动机2热的影响的上面的室中，设置了空气滤清器7以及蓄电池25和ECU26等电装机器。经由空气滤清器7被导入的空气引入发动机2的汽缸头6。发动机2的排气通过排气歧管8及排气热交换器9，经由消声器31排出到外部。

设定着为了高效率地回收发动机2产生的热的热介质的循环经由线路12。在热介质的循环经由线路12的入口处设置为了使热介质循环的水泵10。通过该配置，由于回避了与高温的热介质的接触密封部件等不容易劣化，可以谋求水泵10的长寿命化。

由外部送入排热回收装置1的热介质通过水泵10首先送入排气热交换器9，然后依次经由机油盘4内的机油热交换器5、发动机2、汽缸头6、热罩16向外部循环。通过了循环经由线路12的热介质可以经由在排热回收装置1外部的热水供应罐等的热负荷。热罩16中内藏着恒温器，当温度低于预先设定的温度时阀门闭合使热介质不能循环，可以防止汽缸的温度降低。

通过使热介质在循环经由线路12中循环，将发动机2产生的热回收并供给热负荷。即、热介质在低温时被送入排气热交换器9，并与从发动机2的排气进行热交换从而有效地得到热能。通过依次经过排气热交换器9及机油热交换器5回收热量温度上升的热介质，又经过由设置在发动机2的汽缸壁或者汽缸头6上的管路即水套6A形成的冷却部以及汽缸头6回收热量，使温度进一步上升。

循环经由线路12上设置为了检测热介质温度的温度传感器TW1，TW2。温度传感器TW1被设置在受热部即发动机2的附近，温度传感器TW2设置在温度传感器TW1的下游。这些温度传感器TW1、TW2是为了检测循环经由线路12中热介质的有无或不足而设置的。他们的配置及作用将在后面阐述。

图2是表示上述排热回收装置的外观的右侧立体图，图3是左侧立体图。在图2及图3中，排热回收装置1被收容在一个由顶板13A、底板13B及侧板13C构成的隔音箱13中。底板13B设有脚14，在侧板13C的右侧设有用于电气输入输出的端子配置部15及把手17等。在侧板13C的右侧形成分别贯通热介质入口管18、热介质出口管19、冷凝水排水管20及燃料燃气入口管21的孔。在顶板13A上形成分别贯通进气管22和排气管23的孔。

在侧板13C的左侧设置输入控制面板15A和把手17A。在侧板13C的左侧形成分别贯通与前述热介质入口管18及热介质出口管19相连接的热介质左入口管47和热介质左出口管48的孔。为了使热介质可以从箱体13的左右任意一侧进出，热介质入口管18及热介质左入口管47、以及热介质出口管19及热介质左出口管48被图中未示的软管相连接。如图3所示，由于热介质从排热回收装置的右侧进出，热介质左入口管47及热介质左出口管48被塞子塞住。

下面，再说明排热回收装置1的内部构造。图4是取下一部分外罩状态的排热回收装置正视图，图5是取下一部分外罩状态的排热回收装置的右侧视图，图6是取下一部分外罩状态的排热回收装置的左侧视图。在图4～图6中，在排热回收装置1的上部配置空气滤清器7、蓄电池25及ECU26。在排热回收装置1的上部还配置有自动电压稳压器(AVR)和燃料燃气调压器等(均在图中未示)。再有，分别在最下部配置排气热交换器9、在中间部配置发动机2。

发动机2是曲轴(图中未示)垂直设置的垂直式样，在曲轴上结合着发电机3。在发动机2的下部配置着机油盘4。在发动机2的汽缸头的上方设置混频器27，从空气滤清器7延伸出来的进气用软管28与经过调压器从燃料燃气入口管21延伸出来的燃气管29连接在混频器27上。

右支撑30沿侧板13C立设于底板13B上。在右支撑30上安装着热介质入口管18、热介质出口管19及冷凝水排水管20。吸收从排气热交换器9发出的排气音的消声器31沿右支撑30设置。消声器31连接在排气管23上，进气管22与空气滤清器7相连接。在消音器31的入口侧上设置有曲管部32，从排气热交换器9的排气经过曲管部32被导入消音器31。

这样，将发动机2作成垂直式样，在纵轴上配置的曲轴与作为工作机的发电机3相连结的同时，排气热交换器9被配置在水平横放的发动机2的汽缸的下方。这样由于排热回收装置1作为整体是纵长的，在可以缩小设置面积的同时，还可以通过设置在隔板100下面的换气装置110使利用自然对流的换气高效率地进行。换气装置110具有曲折构造的通路，该通路为了将从设置在隔音箱13的底板13B上的空气引入孔进入的空气排出隔音箱13外。

图7是排热回收装置的放大立体图。与图1～图6相同的符号是表示同一或者同等部分。在图7中，热介质也就是冷却水通过连接在热介质入口管18上的管181被导入排气热交换器9。设置在与发动机2的汽缸头6相邻的热介质循环经由线路上的热罩16上结合着管191，该管191与前述热介质出口管19结合。被导入排气热交换器9的热介质在图1中所说明的循环经由线路12中循环，在通过发动机2的汽缸头6后，经由热罩16、管191及热介质出口管19与外部的热负荷(例如热水供应罐)循环。

在设定于发动机2及热介质出口管19之间的热介质循环经由线路12上的2处的测定位置上，设置有为了检测热介质温度的温度传感器TW1、TW2。第1温度传感器TW1设置在离受热部近的位置的汽缸头6即热电偶16的上游侧。第2温度传感器TW2设置在管191的下游位置，即前述热介质出口管19的附近。通过这两处的温度差，通过后述的算法判断循环经由线路12中是否有热介质以及是否不足。另外，温度传感器TW1、TW2的设置位置不局限于图1或图7中所示的位置。只要将温度传感器TW1设置于受热部即发动机2侧、温度传感器TW2离开温度传感器TW1设置在循环经由线路12的下游就可以。

图8是表示根据由温度传感器TW1、TW2检测的温度结果为了辨别热介质有无的主要部分功能的程序图。这种机能能够通过微型计算机实现。温度传感器TW1的输出T1及温度传感器TW2的输出T2被A/D交换后被输入温度差检测部40。温度差检测部40计算出输出T1、T2的差ΔT。温度差ΔT被输入比较部41，与预先设定的基准温差ΔTref比较。比较部41在温度差ΔT超过基准温差ΔTref时输出检测信号(热介质液不足信号)D。应答该检测信号，能够使发动机2停止或发出报知检测出异常的警报。

图9是表示调查没有热介质循环时温度传感器TW1、TW2输出的T1、T2变化结果的图。将发动机的旋转数Ne规定为2000rpm。如此图中所示，随着时间t的经过输出T1和T2的差变大。这是由于在没有作为热介质的冷却水的情况下，热被热传导率与冷却水不同的低的气体传导所致。因此，即使在发动机2的出口附近、即温度传感器TW1的设置位置上温度上升，在作为热源的远离发动机2的位置，温度上升幅度小。

在循环经由线路12中虽然存在热介质、但循环量不足的情况下，难于产生温度差ΔT，使直到超过基准温差ΔTref的时间变长。因此，为了能够在短时间内检测出热介质的不足，最好将温度传感器TW1、TW2的设置位置定位在循环经由线路12中容易积存空气的位置。通过这样，不会延迟温度传感器之间热的传导时间，使短时间内温差ΔT升高，尽早检测出热介质的不足。

这样的温度传感器设置位置的决定准则，特别是在热负荷大、与在传感器检测部的来自发动机2的受热量相比带走的热量大的情况下有效。在空气容易积存的位置上设置温度传感器TWI、TW2的情况下，不必将双方都设置在空气容易积存的位置。只要使两传感器之间的热的传导不容易进行，当热介质不足时，使温度传感器TW1、TW2的至少一个不和热介质接触地设置就可以。例如在图7的P位置上设置温度传感器TW2就可以。这是因为当产生热介质的不足时，在管191的上面部分容易比其他部分先产生空气层。

并不一定专门用于检测热介质的有无来设置温度传感器TW1、TW2，可以利用通常在排热回收装置1中使用的用于热介质的温度管理的传感器。另外，也不必为了检测热介质的有无特别地设置两个温度传感器，可以利用故障自动保险等为其他目的所使用的两个温度传感器用于检测热介质的有无。

例如：在用于热介质的温度检测的传感器只有一个的情况下，在传感器发生故障时将输出错误的检测信号，无法判断该信号为错误信号。在此，设置多个传感器，如果任何一个检测到温度异常将进行系统停止的处置。这样，作为温度传感器TW1、TW2，由于一般可以使用用于故障自动保险系统所设置的温度传感器，不必追加传感器，能够最经济地判断在循环经由线路12内的热介质的有无。

如以上的说明所明确的那样，根据本发明，由于将为了判断由第1及第2温度传感器检测出的温度差是否超出正常值的预定值，预先设定为比正常时的检测温度差仅仅大一点就可以进行，能够缩短直到检测出异常的时间差、充分地保护与发动机邻接的部件等。

根据本发明，即使在热介质液的不足部分少的情况下，由于第1及第2温度传感器夹置着没有热介质液的空气层存在，能够检测出热介质液不足。

再有，根据本发明，可以利用用于故障自动保险系统中设置的多个的温度传感器的输出，能够不追加温度传感器判断热介质液的有无。

Claims (4)

1.一种发动机的排热回收装置，该装置使热介质液在冷却发动机的水套中循环来回收发动机排出的热量，其特征在于，具有第一温度传感器、第二温度传感器和发出热介质液不足信号的机构，该第一温度传感器在前述热介质液循环经由线路中设置在排热回收位置上，该第二温度传感器设置在前述循环经由线路中的第一温度传感器的下游，该发出热介质液不足信号的机构当通过前述第一及第二传感器检测出的温差超过预定值时发出热介质液不足信号。

2.如权利要求1所述的发动机的排热回收装置，其特征在于，使前述热介质液在以发动机排气作为热源的排气热交换器中进行再循环。

3.如权利要求1或2所述的发动机的排热回收装置，其特征在于，在前述循环经由线路中的容易积存空气的位置配置前述第一温度传感器及第二温度传感器之中的至少一方。

4.如权利要求1所述的发动机的排热回收装置，其特征在于，前述第一及第二温度传感器是构成故障自动保险系统的两个温度传感器。

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