CN1295179A - 发动机的废热回收装置 - Google Patents

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Abstract

其目的是提供一种废气热交换器所产生的冷凝水在排水管内处于冻结或接近于冻结的状态时的解除手段。由消音器31从废气中分离出的冷凝水经包含连接件34的排水存水弯管排放到外部。在连接件34上还一体地形成有能通过外部热交换器52A循环的载热体的流路。在起动发动机2时,依据用传感器53测得的排水存水弯管的温度判断是否有冻结。在判定已冻结时,在起动发动机2之前,使水泵10运转,使载热体循环,解除冻结。

Description

发动机的废热回收装置
本发明涉及一种发动机的废热回收装置，尤其是作为利用废热发电装置等的驱动源使用的发动机的废热回收装置。
近年来，人们极力宣传保护地球环境的必要性，在将以城市煤气等为燃料的燃气发动机等作为动力源、进行发电和供给热水的系统中，人们关注象利用废热发电装置那样的、回收利用随发动机的运转所产生的热能的装置。在这种利用废热发电装置上，有时使用用于从发动机的废气中回收热的废气热交换器。
该废气热交换器设有排出在冷却废气时产生的冷凝水的手段。例如，日本专利公报特开平11-72018号公开的装置的结构是，排水存水弯管设置在消音器底部，使其通过包含排水存水弯管的排水通道将冷凝水排出。
由于这种利用废热发电装置能有效利用热能，所以大多在特别寒冷的地区使用。但时，在寒冷地区，在严冬时期或早晚气温急剧下降时，有时在上述排水存水弯管内，冷凝水冻结了。为了防止这样的冻结，以往也能进行用电加热器加热排水通道的工作，但存在的问题是，在不能充分确保电加热器的安装空间的情况下，即不能使用大容量的加热器，而且使用电加热器本身还增加了用于运转的电力消耗。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种不用附加如电加热器那样的、占用很大的空间的部件，而且，尽可能不增加用于运转的电力消耗，能防止冷凝水冻结的发动机的废热回收装置。
本发明是一种发动机的废热回收装置，该装置具有回收发动机的废气热的废气热交换器和排出由于用该废气热交换器进行热交换所产生的冷凝水的排水通道，其第1特征是：具备：将内部的载热体流路连接到外部的热交换器上的连接件；使载热体在上述载热体通道中循环的水泵；形成于上述排水通道上的排水存水弯管，使上述排水存水弯管穿过上述连接件延伸至外部，而且还具备冻结解除手段，在上述排水存水弯管内的冷凝水已冻结时，该冻结解除手段使上述水泵运转。
另外，本发明的第2特征是：其结构为：具备从由废气热交换器排出的废气中将冷凝水分离出来的消音器，在上述连接件上形成从下方接收来自上述废气热交换器的废气并供给到上方的上述消音器的通道，而且使由上述消音器分离出来的冷凝水能流入到上述排水存水弯管中。
另外，本发明的第3特征是：具备：检测上述排水存水弯管的温度的传感器；在起动发动机时，将由上述传感器测得的温度和代表冻结状态的基准温度进行比较的冻结检测手段，在由上述冻结检测手段判定为排水存水弯管已冻结的情况下，在起动发动机之前，使上述水泵运转。其第4特征是：在上述连接件上安装上述传感器。
根据第1～第4特征，在冷凝水在排水存水弯管内冻结时，或处于接近冻结的状态时，水泵运转，载热体循环。由于载热体经由外部热交换器进行循环，所以是与设置热交换器的环境温度、例如是与蓄水槽内的温度相对应的比较高的温度。由于排水存水弯管包含连接载热体的循环流路的连接件内的通道，所以，由载热体加热能解除冷凝水的冻结或将要冻结的状态。
图1是表示本发明一实施例的废热回收装置的主要部位结构的方框图。
图2是废热回收的外观立体图。
图3是卸下罩子状态下的废热回收装置的正面图。
图4是卸下罩子状态下的废热回收装置的侧视图。
图5是表示从废气热交换器排出的废气的通过路径的分解立体图。
图6是表示载热体循环路径的主要部位的分解立体图。
图7是表示冷凝水的冻结解除手段的功能方框图。
以下参照附图详细地对本发明的一实施例进行说明。图1是表示包含在利用废热发电装置中的废热回收装置的结构的方框图。构成废热回收装置1，使其能从发动机发电机的发动机部回收废热。在废热回收装置1上设有发动机2和与发动机2机械连接且被其驱动的发电机3。发电机3产生与发动机转速相对应的交流电。在发动机2上，设有储存润滑油的油底壳4。在油底壳4上，连接有润滑油冷却器(润滑油热交换器)5，润滑油热交换器5在油底壳4内进行润滑油和载热体(冷却水)的热交换。空气从空气滤清器7进入到发动机2的缸盖6中。来自发动机2的废气穿过废气排气管8和废气热交换器9，经消音器31排放到外部。
设置用于高效地回收在发动机2产生的热的载热体的循环通道12。用于使载热体循环的水泵10设置在载热体的循环通道12的入口一侧。由于通过这样配置，能避免与高温的载热体的接触，所以，密封件等不易老化，便于延长水泵的使用寿命。由水泵供给的载热体依次经油底壳4内的润滑油热交换器5、废气热交换器9、发动机2、缸盖6、热罩16，向后述的热负载循环。热罩16内藏有恒温器，能在预先设定的温度以下关闭阀门，防止由载热体而引起的气缸的温度降低现象。
通过载热体在循环通道12内循环，回收由发动机2所产生的热，供向热负载。即，载热体被导入到油底壳4内的润滑油热交换器，与从发动机2回收的润滑油进行热交换，冷却润滑油同时从润滑油获得热量。接着，载热体在废气热交换器9与来自发动机2的废气进行热交换获得热量。在润滑油热交换器5和废气热交换器9中获得热量、温度上升的载热体，进一步穿过设置在发动机2的气缸壁和缸盖6上的管路，也就是，穿过由水套6A构成的冷却部和缸盖6，进行热回收，使其温度进一步上升。
图2是表示上述废热回收装置的外观的立体图，图3是卸下一部分罩子状态下的废热回收装置的正面图，图4是同一装置的右侧视图。在图2中，废热回收装置1由罩子13覆盖，罩子13由上板13A、底板13B、和侧板13C所构成。在底板13B上设有支腿14，在侧板13C上设有电气输入输出端子15和把手17。在侧板13C上，形成有载热体入口管18、载热体出口管19、和冷凝水排水管20、以及燃气入口管21分别贯通的孔，在上板13A上形成有吸气管22和排气管23分别贯通的孔。
在图3和图4中，废热回收装置1的上部配置有空气滤清器7、电池25、以及ECU26。在最下部配置有废气热交换器9，在中间配置有发动机2。发动机2是曲轴(图未示)垂直设置的立置式。在曲轴上连接有发电机3。在发动机2的下部，配置有油底壳4。在发动机2的缸盖的上方设置有混合器27。在混合器27上分别连接有从空气滤清器7延伸过来的吸气用软管28和从燃气入口管21延伸过来的燃气管29。
在上述底板13B上沿侧板13C立设有右支板30。在右支板30上，安装有分别制有上述载热体入口管18、载热体出口管19和冷凝水排水管20的连接件(详细情况后述)。吸收来自废气热交换器9的排气声的消音器31沿上述右支板30设置。消音器31与上述排气管23相连接，吸气管22与空气滤清器7相连接。在消音器31上，在其入口一侧设置有弯管部32，来自废气热交换器9的废气经弯管部32被导入到消音器31。
图5是表示排气系统的管路的分解立体图。在该图中，废气软管33的一端连接在废气热交换器9的出口接头91上，废气软管33的另一端连接在与上述载热体入口管18制成一体的第1连接件34的接头341上。另外，通过第1连接件34与上述废气软管33相连的消音器入口软管35连接在消音器31的前段形成的弯管部32的入口端321。在消音器31的上部，连接有与上述排气管23相连接的消音器出口软管39。
从消音器31下部的排水管接头311延伸过来的排水软管36连接在第1连接件34的接头342上。再有，通过第1连接件34与上述排水软管36相连接的排水出口软管37连接在形成有上述冷凝水排水管20的第2连接件38。排水软管36和排水出口软管37构成一度从消音器31向下方延伸，然后向上方立起的排水存水弯管。储存在该排水存水弯管中的冷凝水能防止消音器31内的废气流入到该排水存水弯管内，使废气容易向上方排出。上述第1连接件34和第2连接件38以及消音器31固定在上述右支板30上(参照图3、图6)。
从发动机2导入到废气热交换器9的废气，与通过循环通路12的载热体进行热交换，温度下降。在温度下降时，生成冷凝水，该冷凝水与废气一起从废气热交换器9排出。含冷凝水的废气穿过废气软管33、第1连接件34、和消音器入口软管35，被导入到弯管部32(图5的箭头A、B)。弯管部32在结合部40与消音器31的下部侧壁相连接。
在弯管部32和消音器31的结合部40，废气和冷凝水分离，废气穿过消音器31和消音器出口软管39，由排气管23导引，排放到外部。另一方面，与废气分离的冷凝水穿过排水软管36、第1连接件34、和排水出口软管37、到达第2连接件38，从冷凝水排水管20排放出去(图5的箭头C、D)。
图6是表示载热体循环系统的管路的分解立体图。在该图中，左支板41与右支板30对置设置。该左支板41也与右支板30一样，设置在上述底板13B上。在左支板41的下部固定着第4连接件43，该第4连接件通过接载体入口联结软管42和第1连接件34相连。
在右支板30的中间，设有制有上述载热体出口管19的第3连接件44。在左支板41的上部设有第5连接件46。第3连接件44和第5连接件46由载热体出口联系软管45连接。在第4连接件43和第5连接件46上分别形成有载热体左入口管47和载热体左出口管48。第4连接件43和第5连接件46设计成从废热回收装置1的左右任意一侧都能安装载热体入口和载热体出口的形式，在从废热回收装置1的右侧安装载热体入口和载热体出口的情况下，载热体左入口管47和载热体左出口管48分别由塞子49、50塞住。同样，在从废热回收装置1的左侧安装载热体入口和载热体出口的情况下，载热体入口管18和载热体出口管19分别由塞子49、50塞住。在第3连接件44上，连接有从发动机2的冷却部延伸过来的发动机出口软管51。
排水存水弯管由上述排水软管36和排水出口软管37以及连接该两软管的第1连接件34形成，上述结构的废热回收装置1具有在排水存水弯管内的冷凝水解冻和防止冻结的手段。图7是表示防止冷凝水冻结手段的功能的框图，与图1～图6相同的标号，表示同一部分。在该图中，载热体入口管18和载热体出口管19与作为外部热负载的蓄水槽52内的热交换器52A相连接。
通过热交换器52A的作为载热体的冷却水，在由水泵10送至废热回收装置1，经第1连接件34或第4连接件43(参照图6)，在发动机2和废气热交换器9作为载热体进行热回收之后，从上述第3连接件44或第5连接件46返回到蓄水槽52。在连接有排水软管36和排水出口软管37的第1连接件34上设有用于检测排水存水弯管的温度的传感器53。该传感器53靠近排水软管36或排水出口软管37设置。
检测器54具有A／D转换器，将传感器53的输出信号转换成数字数据输出。该数字数据输入到比较器55，与基准温度值Tref进行比较。基准温度值Tref是与排水存水弯管的冻结状态相对应的数字数据。比较器55在起动发动机2时动作，在以由检测器54提供的数据所代表的排水存水弯管的温度比基准温度值Tref低时，在发动机2运转之前，水泵10开始运转。由此，使载热体循环经过第1连接件34，加热排水存水弯管，将其解冻。在水泵10开始运转后，在上述传感器53所检测的温度比基准温度值Tref高时，发动机2开始起动。即可以在水泵10起动后，在排水存水弯管的温度超过基准温度值Tref时，开始起动发动机2，也可以在起动水泵10、经过预定的时间之后开始起动发动机2。经过预定的时间后，可以看作是排水存水弯管内的冷凝水被解冻了。另外，比较器55可以由ECU26内的微电脑的功能来实现。
以上说明表明，根据本发明的权利要求1～权利要求4，排水存水弯管内的冷凝水的冻结或接近冻结的状态，能通过载热体的循环来解除。特别是，由于仅仅是使用于废热回收的载热体循环通路上的水泵运转就能加热排水存水弯管，所以，能使与安装加热器不同的结构更加简单。

Claims (6)

1．一种发动机的废热回收装置，具有回收发动机的废气热的废气热交换器和排出由于用该废气热交换器进行热交换所产生的冷凝水的排水通道，其特征在于：包括：
将内部的载热体流路连接到外部的热交换器上的连接件；
使载热体在上述载热体通道中循环的水泵；
形成于上述排水通道上的排水存水弯管，
使上述排水存水弯管穿过上述连接件延伸至外部，而且
还具备在上述排水存水弯管内的冷凝水已冻结时、使上述水泵运转的冻结解除手段。
2．权利要求1所记载的发动机的废热回收装置，其特征在于：具备从由废气热交换器排出的废气中将冷凝水分离出来的消音器，
在上述连接件上形成将来自上述废气热交换器的废气供给到上述消音器的通道，而且使由上述消音器分离出来的冷凝水能流入到上述排水存水弯管中。
3．权利要求1或权利要求2所记载的发动机的废热回收装置，其特征在于：包括：
检测上述排水存水弯管的温度的传感器；
将由上述传感器测得的温度和代表冻结状态的基准温度进行比较的冻结检测手段，
在由上述冻结检测手段判定为排水存水弯管已冻结的情况下，使上述水泵运转。
4．权利要求3所记载的发动机的废热回收装置，其特征在于：在上述连接件上安装上述传感器。
5．权利要求3所记载的发动机的废热回收装置，其特征在于：上述冻结检测手段，在起动发动机前将用上述传感器测得的温度和代表冻结状态的基准温度进行比较。
6．权利要求3所记载的发动机的废热回收装置，上述冻结检测手段，在起动发动机时将用上述传感器测得的温度和代表冻结状态的基准温度进行比较。
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