JP2003278539A

JP2003278539A - 熱利用システム

Info

Publication number: JP2003278539A
Application number: JP2002081227A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Miyamoto; 俊輔宮本; Kanichi Kadotani; ▲皖▼一門谷
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】本発明は、熱源の熱エネルギーを効率良く回
収して有効に利用し得る熱利用システムの提供を目的と
する。【解決手段】本発明の実施例である熱利用システム１
は、熱電発電装置１０と水素吸蔵合金ヒートポンプ２０
とを具備し、ディーゼルエンジン２の排気ガス（熱源）
から熱電発電装置１０によって電気を取り出すととも
に、ディーゼルエンジン２の排気ガス（熱源）から水素
吸蔵合金ヒートポンプ２０によって冷熱／温熱を取り出
すように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばエンジンか
らの排気ガスにおける熱エネルギーを回収して利用する
ための熱利用システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】昨今、環境の保全性や経済性(省エネル
ギー性)等の見地から、エンジンからの排気ガスや、地
熱あるいは太陽熱等、様々な熱源からの熱エネルギーを
有効に利用するためのシステムが提案されている。

【０００３】このような熱利用システムの１つに、例え
ばエンジンから排出される排気ガスの熱エネルギーを、
吸収冷凍機における蒸発器の加熱源として用い、冷凍や
冷房に利用するよう構成したものがある。

【０００４】また、他の熱利用システムとしては、例え
ばエンジンから排出される排気ガスの熱エネルギーを、
蒸気ボイラーの加熱源として用い、給湯や暖房に利用す
るよう構成したものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した熱
利用システムを構成している吸収冷凍機や蒸気ボイラー
は、何れも熱エネルギーの変換効率が低く、従って各々
の熱利用システムにおいては、熱源である排気ガスの熱
エネルギーの大半が無為に捨てられることとなり、熱エ
ネルギーの利用の程度は決して大きいものとは言えない
のが現状であった。

【０００６】本発明は上記実状に鑑みて、熱源の熱エネ
ルギーを効率良く回収して有効に利用し得る熱利用シス
テムの提供を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段および効果】上記目的を達
成するべく、請求項１の発明に関わる熱利用システム
は、熱電発電装置と水素吸蔵合金ヒートポンプとを具備
して成り、熱電発電装置によって熱源から電気を取り出
すとともに、水素吸蔵合金ヒートポンプによって熱源か
ら冷熱／温熱を取り出すこと特徴としている。上記構成
によれば、熱電発電装置および水素吸蔵合金ヒートポン
プの働きにより、電気および冷熱／温熱として熱源の熱
エネルギーを高い効率で回収することができ、もって本
発明の熱利用システムによれば熱源からの熱エネルギー
を有効に利用することが可能となる。

【０００８】また、請求項２の発明に関わる熱利用シス
テムは、請求項１の発明に関わる熱利用システムにおい
て、熱電発電装置と水素吸蔵合金ヒートポンプとを、熱
源の移動経路上において直列に配設したことを特徴とし
ている。上記構成によれば、簡易な構造によって、熱電
発電装置および水素吸蔵合金ヒートポンプの働きで、熱
源における熱エネルギーを高い効率で回収することが可
能となる。

【０００９】また、請求項３の発明に関わる熱利用シス
テムは、請求項１の発明に関わる熱利用システムにおい
て、熱電発電装置と水素吸蔵合金ヒートポンプとを、熱
源の移動経路上において並列に配設したことを特徴とし
ている。上記構成によれば、熱源における熱エネルギー
を高い効率で回収し得るとともに、熱源からの熱エネル
ギーを適宜に熱電発電装置と水素吸蔵合金ヒートポンプ
とに分配することで、熱電発電装置による発電量と水素
吸蔵合金ヒートポンプによる冷熱／温熱の発生量との割
合を任意に調整することが可能となる。

【００１０】また、請求項４の発明に関わる熱利用シス
テムは、請求項１〜３の何れか１つの発明に関わる熱利
用システムにおいて、熱源がエンジンから排出される排
気ガスであることを特徴としている。上記構成によれ
ば、エンジンから排出される排気ガスの熱エネルギー
を、高い効率で回収して有効に利用することが可能とな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、実施例を示す図面に基づい
て、本発明を詳細に説明する。図１〜図３は、本発明に
関わる熱利用システムを、ディーゼルエンジン駆動のパ
ワーショベルに適用した一実施例を示している。

【００１２】図１に示す如く、実施例の熱利用システム
１は、熱電発電装置１０と水素吸蔵合金ヒートポンプ２
０とを具備しており、後述する熱電発電装置１０および
水素吸蔵合金ヒートポンプ２０の働きにより、ディーゼ
ルエンジン２から排出される排気ガス(熱源)の熱エネル
ギーを回収するよう構成されている。

【００１３】ディーゼルエンジン２(以下、エンジン２
と称する)と熱電発電装置１０とは、排気ガス供給管３
Ａを介して互いに接続されており、また熱電発電装置１
０と水素吸蔵合金ヒートポンプ２０(以下、ヒートポン
プ２０と称する)とは、排気ガス供給管３Ｂを介して互
いに接続されている。

【００１４】エンジン２から排出された熱源としての排
気ガスは、排気ガス供給管３Ａを介して熱電発電装置１
０に導入され、次いで熱電発電装置１０を通過した排気
ガスは、排気ガス供給管３Ｂを介してヒートポンプ２０
に導入され、さらにヒートポンプ２０を通過した排気ガ
スは、排気管３Ｃを介して大気に放出される。

【００１５】すなわち、この熱利用システム１を構成す
る熱電発電装置１０とヒートポンプ２０とは、エンジン
２から排出された排気ガス(熱源)の移動経路上において
直列に配設されている。

【００１６】一方、エンジン２と熱電発電装置１０と
は、冷却水供給管４Ａを介して互いに接続されており、
また熱電発電装置１０とヒートポンプ２０とは、冷却水
供給管４Ｂを介して互いに接続されている。

【００１７】さらに、ヒートポンプ２０とエンジン２と
は、冷却水環流管４Ｃを介して互いに接続されており、
この冷却水環流管４Ｃには冷却水を冷却するためのラジ
エータ２Ｒが介装されている。

【００１８】エンジン２から排出された冷却水は、冷却
水供給管４Ａを介して熱電発電装置１０に導入され、次
いで熱電発電装置１０を通過した冷却水は、冷却水供給
管４Ｂを介してヒートポンプ２０に導入される。

【００１９】次いで、ヒートポンプ２０を通過して冷却
水環流管４Ｃに流入した冷却水は、ラジエータ２Ｒによ
って冷却されたのちエンジン２に導入され、以下、エン
ジン２と熱電発電装置１０とヒートポンプ２０との間
を、図示していない循環ポンプの動作に基づいて循環供
給される。

【００２０】また、ヒートポンプ２０の冷水出口管５Ｏ
には、冷水供給管５Ａを介して吸気冷却装置２Ｃが接続
されており、この吸気冷却装置２Ｃは冷水環流管５Ｂを
介してヒートポンプ２０の冷水入口管５Ｉと接続されて
いる。

【００２１】ヒートポンプ２０の冷水出口管５Ｏから供
給された冷水は、冷水供給管５Ａを介して吸気冷却装置
２Ｃに導入され、この吸気冷却装置２Ｃにおいては上記
冷水を冷熱源としてエンジン２に供給される吸気の冷却
が行なわれる。

【００２２】ここで、吸気冷却装置２Ｃはインテークマ
ニホルド２Ｉを介してエンジン２に接続されており、冷
却された吸気は上記インテークマニホルド２Ｉを介して
エンジン２に導入される。

【００２３】吸気冷却装置２Ｃを通過して冷水環流管５
Ｂに流入した冷水は、冷水入口管５Ｉを介してヒートポ
ンプ２０に環流され、以下、ヒートポンプ２０と吸気冷
却装置２Ｃとの間を、循環ポンプ(図示せず)の動作に基
づいて循環供給される。

【００２４】一方、ヒートポンプ２０の冷水出口管５Ｏ
には、冷水供給管５Ｃを介して空調装置６が接続されて
おり、この空調装置６は冷水環流管５Ｄを介してヒート
ポンプ２０の冷水入口管５Ｉに接続されている。

【００２５】ヒートポンプ２０の冷水出口管５Ｏから供
給された冷水は、冷水供給管５Ｃを介して空調装置６に
導入され、この空調装置６においては上記冷水を冷熱源
としてオペキャブ内の空調(例えば冷房や除湿等)が行な
われる。

【００２６】空調装置６を通過して冷水環流管５Ｄに流
入した冷水は、冷水入口管５Ｉを介してヒートポンプ２
０に環流され、以下、ヒートポンプ２０と空調装置６と
の間を、循環ポンプ(図示せず)の動作に基づいて循環供
給される。

【００２７】ここで、熱利用システム１を構成する熱電
発電装置１０は、図２に示す如く、熱電モジュール１０
Ｍと高温側パネル１０Ｈおよび低温側パネル１０Ｃとを
具備しており、上記熱電モジュール１０Ｍは、所定個数
のＰ型半導体素子ｐとＮ型半導体素子ｎとを、電極ｔ、
ｔ…により電気的に直列(熱源に対して並列)に接続して
成る熱電素子集合体である。

【００２８】高温側パネル１０Ｈは、熱電モジュール１
０Ｍの高温側に設けられ、排気ガス供給管３Ａと排気ガ
ス供給管３Ｂとが接続されており、エンジン２から排出
された排気ガス(熱源)が導入されることで、上記熱電モ
ジュール１０Ｍの高温側を加熱する。

【００２９】一方、低温側パネル１０Ｃは、熱電モジュ
ール１０Ｍの低温側に設けられ、冷却水供給管４Ａと冷
却水供給管４Ｂとが接続されており、エンジン２を通過
した冷却水が導入されることで、上記熱電モジュール１
０Ｍの低温側を冷却する。

【００３０】高温側パネル１０Ｈに導入した排気ガスに
より熱電モジュール１０Ｍの高温側を加熱するととも
に、低温側パネル１０Ｃに導入した冷却水により熱電モ
ジュール１０Ｍの低温側を冷却することにより、温度差
に基づいてＰ型半導体素子ｐおよびＮ型半導体素子ｐが
動作して発電が行われ、もって熱電モジュール１０Ｍを
介して熱電発電装置１０の外部に電気を取り出すことが
できる。

【００３１】また、熱利用システム１を構成するヒート
ポンプ２０は、図３に示す如く、高温側水素吸蔵合金Ｍ
Ｈｈを充填した容器２０ｈと、低温側水素吸蔵合金ＭＨ
ｌを充填した容器２０ｌとを、連通パイプ２０ｐを介し
て互いに接続した２組のユニットを具備している。

【００３２】高温側水素吸蔵合金ＭＨｈを充填している
容器２０ｈ、２０ｈには、排気ガス供給管３Ｂと排気管
３Ｃとが各々接続されており、排気ガス供給管３Ｂを介
して各容器２０ｈに導入された排気ガスは、排気管３Ｃ
を介して大気に放出される。

【００３３】また、高温側水素吸蔵合金ＭＨｈを充填し
ている個々の容器２０ｈと、低温側水素吸蔵合金ＭＨｌ
を充填している個々の容器２０ｌとには、それぞれ冷却
水供給管４Ｂと冷却水環流管４Ｃとが接続されており、
冷却水供給管４Ｂを介して各容器２０ｈ、２０ｌに導入
された冷却水は、冷却水環流管４Ｃを介してエンジン２
（図１参照）に環流される。

【００３４】さらに、低温側水素吸蔵合金ＭＨｌを充填
している容器２０ｌ、２０ｌには、冷水入口管５Ｉと冷
水出口管５Ｏとが接続されており、冷水入口管５Ｉを介
して各容器２０ｌに導入された冷水は、冷水出口管５Ｏ
を介して空調装置６（図１参照）に供給される。

【００３５】上述した構成のヒートポンプ２０において
は、温熱源としての排気ガスと冷熱源としての冷却水と
を供給することで、高温側水素吸蔵合金ＭＨｈと低温側
水素吸蔵合金ＭＨｌとの平衡水素圧特性の相違に基づ
く、周知の如き金属水素化物の生成／分解過程に伴う冷
却／再生プロセスの繰り返しにより、空調装置６（図１
参照）との間を循環する冷水を介して外部に冷熱を取り
出すことができる。

【００３６】上述した熱利用システム１を搭載したパワ
ーショベルの稼動時、エンジン２からの排気ガスが排気
ガス供給管３Ａを介して熱電発電装置１０に導入され、
かつエンジン２からの冷却水が冷却水供給管４Ａを介し
て熱電発電装置１０に導入されると、上述した如き熱電
発電装置１０の動作に基づいて、該熱電発電装置１０か
ら電力が取り出されることとなる。

【００３７】上記熱電発電装置１０によって、排気ガス
の熱エネルギーから取り出された電気は、パワーショベ
ルの稼動に伴う種々の用途に供されるとともに、余剰と
なった電気はバッテリー(図示せず)に充電して貯蔵する
ことが可能である。

【００３８】熱電発電装置１０を通過した排気ガスが、
排気ガス供給管３Ｂを介してヒートポンプ２０に導入さ
れ、かつ熱電発電装置１０を通過した冷却水が冷却水供
給管４Ｂを介してヒートポンプ２０に導入されると、上
述した如きヒートポンプ２０の動作に基づいて、該ヒー
トポンプ２０から冷熱が取り出されることとなる。

【００３９】上記ヒートポンプ２０によって、排気ガス
の熱エネルギーから冷水を介して取り出された冷熱は、
上述した如く冷水を冷熱源とする吸気冷却装置２Ｃにお
いて吸気の冷却に供されるとともに、同じく冷水を冷熱
源とする空調装置６においてオペキャブ内の空調に供さ
れる。

【００４０】このように、上述した構成の熱利用システ
ム１によれば、エンジン２から排出される排気ガスの熱
エネルギーが、熱電発電装置１０とヒートポンプ２０と
の協働により、電気および冷熱として高い効率で回収さ
れることとなり、もって熱源である排気ガスの熱エネル
ギーを有効に利用することができる。

【００４１】また、上述した熱利用システム１では、熱
電発電装置１０とヒートポンプ２０とが、エンジン２か
ら排出された排気ガス(熱源)の移動経路上において直列
に配設されているため、エンジン２と熱電発電装置１０
とヒートポンプ２０とを、排気ガス供給管３Ａ、３Ｂを
用いて接続した簡易な構造によって、熱源である排気ガ
スの熱エネルギーを高い効率で回収することができる。

【００４２】また、上述した熱利用システム１では、エ
ンジン２から排出される排気ガスの移動経路上における
上流側に熱電発電装置１０が設けられているため、エン
ジン２から排出された直後の極めて高温の排気ガスが導
入されることで、上記熱電発電装置１０においては多く
の電気が生成されることとなる。

【００４３】また、上述した熱利用システム１では、エ
ンジン２から排出される排気ガスの移動経路上における
下流側にヒートポンプ２０が設けられているが、元来、
水素吸蔵合金ヒートポンプは温熱源と冷熱源との温度差
が小さい場合でも冷熱／温熱を取り出すことができ、も
って熱電発電装置１０を通過して温度差の減少した排気
ガスと冷却水とが導入されるものの、上記ヒートポンプ
２０においては十分な冷熱が生成されることとなる。

【００４４】また、上述した熱利用システム１では、ヒ
ートポンプ２０において冷水を介して取り出した冷熱
で、吸気冷却装置２Ｃにおいてエンジン２の吸気を冷却
することにより、排気ガス中におけるＮＯｘ(窒素酸化
物)の低下、出力の増加、燃料消費率の低下等、エンジ
ン２の諸性能を大幅に改善することができる。

【００４５】なお、上述した熱利用システム１において
は、エンジン２からの冷却水を熱電発電装置１０、ヒー
トポンプ２０の順に供給しているが、上記冷却水をヒー
トポンプ２０、熱電発電装置１０の順に供給、あるいは
熱電発電装置１０とヒートポンプ２０とに並行して冷却
水を供給するよう構成しても良い。

【００４６】ここで、熱電発電装置１０からヒートポン
プ２０の順に冷却水を供給した場合には、熱電発電装置
１０の熱電モジュール１０Ｍ（Ｐ型半導体素子ｐ、Ｎ型
半導体素子ｎ）に掛かる温度差を最大とすることがで
き、これによって排気ガスの熱エネルギーから最も多く
の電気を生成することが可能となる。

【００４７】また、熱電発電装置１０からヒートポンプ
２０の順に冷却水を供給した場合には、熱電発電装置１
０に掛かる温度差が減少することで発電量が減少する反
面、モジュール２０の高温側水素吸蔵合金ＭＨｈおよび
低温側水素吸蔵合金ＭＨｌに掛かる温度差が大きくな
り、水素吸蔵合金の選択が広がることによって安価な水
素吸蔵合金の採用が可能となるため、熱利用システムの
構築に関わるコストを低減させることができる。

【００４８】さらに、熱電発電装置１０とヒートポンプ
２０とに並行して冷却水を供給した場合には、全体とし
ての冷却水の供給量を増加させる必要があるものの、熱
電発電装置１０とヒートポンプ２０とに、それぞれ大き
な温度差を掛けることができるので、熱電発電装置１０
およびヒートポンプ２０において、それぞれ多くの電気
および冷熱を生成することが可能となる。

【００４９】また、上述した熱利用システム１において
は、排気ガスの移動経路上における上流側に熱電発電装
置１０を設け、かつ下流側にヒートポンプ２０を設けて
いるが、排気ガスの移動経路上における上流側に水素吸
蔵合金ヒートポンプを設け、かつ下流側に熱電発電装置
を設けることにより、本発明に関わる熱利用システムを
構成することも可能である。

【００５０】また、上述した熱利用システム１では、ヒ
ートポンプ２０において排気ガスの熱エネルギーから取
り出した冷熱を、吸気の冷却および空調のための冷熱源
として使用しているが、この他、様々な目的のために上
記冷熱を使用し得ることは言うまでもない。

【００５１】また、上述した熱利用システム１において
は、ヒートポンプ２０において排気ガスの熱エネルギー
から冷熱を取り出しているが、ヒートポンプ２０におけ
る高温側水素吸蔵合金ＭＨｈおよび低温側水素吸蔵合金
ＭＨｌの組成を変える等の措置により、ヒートポンプ２
０において排気ガスの熱エネルギーから温熱を取り出す
よう構成することも可能である。

【００５２】さらに、上述した熱利用システム１におい
ては、熱電発電装置１０およびヒートポンプ２０の冷熱
源として、エンジン２とラジエータ２Ｒとの間を循環す
る冷却水を利用しているが、別途のラジエータと熱電発
電装置１０およびヒートポンプ２０との間を循環し、上
記ラジエータでの放熱によって冷却される冷媒を冷熱源
とする、あるいは上記ラジエータに換わる適宜な冷却手
段によって冷却される冷媒を冷熱源とすることも可能で
あり、さらに空冷フィン等を用いることによって大気
(外気)を冷熱源として使用することも可能である。

【００５３】図４は、本発明に関わる熱利用システム
を、ディーゼルエンジン駆動のパワーショベルに適用し
た他の実施例を示している。

【００５４】図４に示す如く、実施例の熱利用システム
１００は、熱電発電装置１１０と水素吸蔵合金ヒートポ
ンプ１２０とを具備しており、これら熱電発電装置１１
０と水素吸蔵合金ヒートポンプ１２０との働きにより、
ディーゼルエンジン１０２から排出される排気ガス(熱
源)の熱エネルギーを回収するよう構成されている。

【００５５】ディーゼルエンジン１０２(以下、エンジ
ン１０２と称する)と熱電発電装置１１０とは、排気ガ
ス供給管１０３Ａ、排気ガス分岐バルブ１０３Ｖ、およ
び排気ガス供給管１０３Ｅを介して互いに接続されてい
る。

【００５６】また、エンジン１０２と水素吸蔵合金ヒー
トポンプ１２０（以下、ヒートポンプ１２０と称する）
とは、排気ガス供給管１０３Ａ、排気ガス分岐バルブ１
０３Ｖ、および排気ガス供給管１０３Ｍを介して互いに
接続されている。

【００５７】エンジン１０２から排出された熱源として
の排気ガスは、排気ガス供給管１０３Ａ、排気ガス分岐
バルブ１０３Ｖ、および排気ガス供給管１０３Ｅを介し
て熱電発電装置１１０に導入されるとともに、排気ガス
供給管１０３Ａ、排気ガス分岐バルブ１０３Ｖ、および
排気ガス供給管１０３Ｍを介してヒートポンプ１２０に
導入される。

【００５８】上記ヒートポンプ１２０を通過した排気ガ
スは、排気管１０３Ｃを介して大気に放出されるととも
に、上記熱電発電装置１１０を通過した排気ガスは、排
気管１０３Ｇを介して排気管１０３Ｃに導入され、ヒー
トポンプ１２０を通過した排気ガスとともに大気に放出
される。

【００５９】すなわち、この熱利用システム１００を構
成する熱電発電装置１１０とヒートポンプ１２０とは、
エンジン１０２から排出された排気ガス(熱源)の移動経
路上において並列に配設されている。

【００６０】ここで、上記排気ガス分岐バルブ１０３Ｖ
は、熱源である排気ガスを熱電発電装置１１０とヒート
ポンプ１２０とに分流するものであり、コントローラ
（図示せず）により駆動制御されることで、熱電発電装
置１１０とヒートポンプ１２０とに対する排気ガスの分
流比を調整するものである。

【００６１】一方、エンジン１０２と熱電発電装置１１
０とは、冷却水供給管１０４Ａ、冷却水分岐バルブ１０
４Ｖ、および冷却水供給管１０４Ｅを介して互いに接続
されている。

【００６２】また、エンジン１０２とヒートポンプ１２
０とは、冷却水供給管１０４Ａ、冷却水分岐バルブ１０
４Ｖ、および冷却水供給管１０４Ｍを介して互いに接続
されている。

【００６３】さらに、ヒートポンプ１２０とエンジン１
０２とは、冷却水環流管１０４Ｃを介して互いに接続さ
れており、この冷却水環流管１０４Ｃには冷却水を冷却
するためのラジエータ１０２Ｒが介装されている。

【００６４】エンジン１０２から排出された冷却水は、
冷却水供給管１０４Ａ、冷却水分岐バルブ１０４Ｖ、お
よび冷却水供給管１０４Ｅを介して熱電発電装置１１０
に導入されるとともに、冷却水供給管１０４Ａ、冷却水
分岐バルブ１０４Ｖ、および冷却水供給管１０４Ｍを介
してヒートポンプ１２０に導入される。

【００６５】上記ヒートポンプ１２０を通過して冷却水
環流管１０４Ｃに流入した冷却水は、ラジエータ１０２
Ｒによって冷却されたのちエンジン１０２に導入される
とともに、上記熱電発電装置１１０を通過した冷却水
は、冷却水環流管１０４Ｇを介して冷却水環流管１０４
Ｃに導入され、以下、上記冷却水はエンジン１０２と熱
電発電装置１１０およびヒートポンプ１２０との間を、
図示していない循環ポンプの動作に基づいて循環供給さ
れる。

【００６６】ここで、上記冷却水分岐バルブ１０４Ｖ
は、エンジン１０２からの冷却水を熱電発電装置１１０
とヒートポンプ１２０とに分流するものであって、コン
トローラ(図示せず)により駆動制御されることで、熱電
発電装置１１０とヒートポンプ１２０とに対する冷却水
の分流比を調整するものである。

【００６７】また、ヒートポンプ１２０の冷水出口管１
０５Ｏには、冷水供給管１０５Ａを介して吸気冷却装置
１０２Ｃが接続されており、この吸気冷却装置１０２Ｃ
は冷水環流管１０５Ｂを介してヒートポンプ１２０の冷
水入口管１０５Ｉと接続されている。

【００６８】ヒートポンプ１２０の冷水出口管１０５Ｏ
から供給された冷水は、冷水供給管１０５Ａを介して吸
気冷却装置１０２Ｃに導入され、この吸気冷却装置１０
２Ｃにおいては上記冷水を冷熱源としてエンジン１０２
に供給される吸気の冷却が行なわれる。

【００６９】ここで、吸気冷却装置１０２Ｃはインテー
クマニホルド１０２Ｉを介してエンジン１０２に接続さ
れており、冷却された吸気は上記インテークマニホルド
１０２Ｉを介してエンジン１０２に導入される。

【００７０】吸気冷却装置１０２Ｃを通過して冷水環流
管１０５Ｂに流入した冷水は、冷水入口管１０５Ｉを介
してヒートポンプ１２０に環流され、以下、ヒートポン
プ１２０と吸気冷却装置１０２Ｃとの間を、循環ポンプ
(図示せず)の動作に基づいて循環供給される。

【００７１】一方、ヒートポンプ１２０の冷水出口管１
０５Ｏには、冷水供給管１０５Ｃを介して空調装置１０
６が接続されており、この空調装置１０６は冷水環流管
１０５Ｄを介してヒートポンプ１２０の冷水入口管１０
５Ｉに接続されている。

【００７２】ヒートポンプ１２０の冷水出口管１０５Ｏ
から供給された冷水は、冷水供給管１０５Ｃを介して空
調装置１０６に導入され、この空調装置１０６において
は上記冷水を冷熱源としてオペキャブ内の空調(例えば
冷房や除湿等)が行なわれる。

【００７３】空調装置１０６を通過して冷水環流管１０
５Ｄに流入した冷水は、冷水入口管１０５Ｉを介してヒ
ートポンプ１２０に環流され、以下、ヒートポンプ１２
０と空調装置１０６との間を、循環ポンプ(図示せず)の
動作に基づいて循環供給される。

【００７４】なお、上記熱利用システム１００を構成す
る熱電発電装置１１０およびヒートポンプ１２０は、図
１〜図３に示した熱利用システム１を構成する熱電発電
装置１０およびヒートポンプ２０と、その構成および動
作態様に関して何ら変わるところはない。

【００７５】上述した熱利用システム１００を搭載した
パワーショベルの稼動時、エンジン１０２からの排気ガ
スが排気ガス供給管１０３Ａ、排気ガス分岐バルブ１０
３Ｖ、および排気ガス供給管１０３Ｅを介して熱電発電
装置１１０に導入され、かつエンジン１０２からの冷却
水が冷却水供給管１０４Ａ、冷却水分岐バルブ１０４
Ｖ、および冷却水供給管１０４Ｅを介して熱電発電装置
１１０に導入されると、上記熱電発電装置１１０の動作
に基づいて、該熱電発電装置１１０から電力が取り出さ
れることとなる。

【００７６】上記熱電発電装置１１０によって、排気ガ
スの熱エネルギーから取り出された電気は、パワーショ
ベルの稼動に伴う種々の用途に供されるとともに、余剰
となった電気はバッテリー(図示せず)に充電して貯蔵す
ることが可能である。

【００７７】一方、エンジン１０２からの排気ガスが排
気ガス供給管１０３Ａ、排気ガス分岐バルブ１０３Ｖ、
および排気ガス供給管１０３Ｍを介してヒートポンプ１
２０に導入され、かつエンジン１０２からの冷却水が冷
却水供給管１０４Ａ、冷却水分岐バルブ１０４Ｖ、およ
び冷却水供給管１０４Ｍを介してヒートポンプ１２０に
導入されると、上記ヒートポンプ１２０の動作に基づい
て、該ヒートポンプ１２０から冷熱が取り出されること
となる。

【００７８】上記ヒートポンプ１２０によって、排気ガ
スの熱エネルギーから冷水を介して取り出された冷熱
は、上述した如く冷水を冷熱源とする吸気冷却装置１０
２Ｃにおいて吸気の冷却に供されるとともに、同じく冷
水を冷熱源とする空調装置１０６においてオペキャブ内
の空調に供される。

【００７９】このように、上述した構成の熱利用システ
ム１００によれば、エンジン１０２から排出される排気
ガスの熱エネルギーが、熱電発電装置１１０とヒートポ
ンプ１２０との協働により、電気および冷熱として高い
効率で回収されることとなり、もって熱源である排気ガ
スの熱エネルギーを有効に利用することができる。

【００８０】また、上述した熱利用システム１００で
は、熱電発電装置１１０とヒートポンプ１２０とを、エ
ンジン１０２から排出された排気ガス(熱源)の移動経路
上において並列に配設し、熱電発電装置１１０とヒート
ポンプ１２０とに排気ガスを分流しているため、それぞ
れに大きな温度差を掛けることができ、熱電発電装置１
１０およびヒートポンプ１２０において、それぞれ多く
の電気および冷熱を生成することが可能となる。

【００８１】また、上述した熱利用システム１００で
は、排気ガス分岐バルブ１０３Ｖの動作に基づいて、エ
ンジン１０２からの排気ガス(熱源)を、熱電発電装置１
１０とヒートポンプ１２０とに適宜に分流することによ
り、熱電発電装置１１０による発電量とヒートポンプ１
２０による冷熱の発生量との割合を調整でき、これによ
って排気ガスから回収されるエネルギーの形態を、利用
量に応じて調整することが可能となる。

【００８２】例えば、ヒートポンプ１２０において必要
量の冷熱を発生させるべく、排気ガス分岐バルブ１０３
Ｖの開度を調整して上記ヒートポンプ１２０に必要量の
排気ガスを導入する一方、残りの排気ガスを熱電発電装
置１１０に導入して電気を取り出すといった任意の動作
態様を採ることができる。

【００８３】なお、排気ガス分岐バルブ１０３Ｖの動作
に連動して、熱電発電装置１１０とヒートポンプ１２０
とに適量の冷却水を導入させるべく、冷却水分岐バルブ
１０４Ｖが適宜に動作制御されることは勿論である。

【００８４】また、上述した熱利用システム１００で
は、ヒートポンプ１２０において冷水を介して取り出し
た冷熱で、吸気冷却装置１０２Ｃにおいてエンジン１０
２の吸気を冷却することにより、排気ガス中におけるＮ
Ｏｘ(窒素酸化物)の低下、出力の増加、燃料消費率の低
下等、エンジン１０２の諸性能を大幅に改善することが
できる。

【００８５】また、上述した熱利用システム１００で
は、ヒートポンプ１２０において排気ガスの熱エネルギ
ーから取り出した冷熱を、吸気の冷却および空調のため
の冷熱源として使用しているが、この他、様々な目的の
ために上記冷熱を使用し得ることは言うまでもない。

【００８６】また、上述した熱利用システム１００にお
いては、ヒートポンプ１２０において排気ガスの熱エネ
ルギーから冷熱を取り出しているが、ヒートポンプ１２
０における高温側水素吸蔵合金ＭＨｈおよび低温側水素
吸蔵合金ＭＨｌの組成を変える等の措置により、ヒート
ポンプ１２０において排気ガスの熱エネルギーから温熱
を取り出すよう構成することも可能である。

【００８７】また、上述した熱利用システム１００にお
いては、熱電発電装置１１０およびヒートポンプ１２０
の冷熱源として、エンジン１０２とラジエータ１０２Ｒ
との間を循環する冷却水を利用しているが、別途のラジ
エータと熱電発電装置１１０およびヒートポンプ１２０
との間を循環し、上記ラジエータでの放熱によって冷却
される冷媒を冷熱源とする、あるいは上記ラジエータに
換わる適宜な冷却手段によって冷却される冷媒を冷熱源
とすることも可能であり、さらに空冷フィン等を用いる
ことによって大気(外気)を冷熱源として使用することも
可能である。

【００８８】さらに、上述した各実施例における熱利用
システム１、および熱利用システム１００は、ともにパ
ワーショベルに適用されたものであるが、本発明に関わ
る熱利用システムは、パワーショベルに限らず、各種の
作業車輌においても有効に適用し得るものである。

【００８９】ここで、パワーショベル、フォークリフ
ト、あるいはクレーン車等、カウンタウェイトを必要と
する各種の作業車輌に対して、本発明に関わる熱利用シ
ステムを適用した場合には、水素吸蔵合金ヒートポンプ
において水素吸蔵合金の充填されている容器を、既存の
カウンタウェイトの一部あるいは全部と置き換えること
によって、水素吸蔵合金の充填された容器の重量を有効
に利用して、デッドウェイトを大幅に低減させることが
可能となる。

【００９０】また、本発明に関わる熱利用システムは、
ディーゼルエンジン駆動の作業車輌のみならず、ガソリ
ンエンジン等の各種内燃機関を搭載した作業車輌にも適
用することが可能である。

【００９１】さらに、本発明に関わる熱利用システム
は、作業車輌にのみ適用されるものではなく、例えばエ
ンジン駆動の定置型発電機から排出される排気ガスを熱
源として、この熱源から電気および冷熱／温熱を回収す
るように構成することも可能である。

【００９２】また、本発明に関わる熱利用システムは、
熱源をエンジンからの排気ガスのみに求めるものではな
く、例えば地熱や太陽熱等を熱源として、この熱源から
電気および冷熱／温熱を回収するように構成することも
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる熱利用システムの一実施例を示
す全体概念図。

【図２】図１の熱利用システムにおける熱電発電装置を
示す概念図。

【図３】図１の熱利用システムにおける水素吸蔵合金ヒ
ートポンプを示す概念図。

【図４】本発明に関わる熱利用システムの他の実施例を
示す全体概念図。

【符号の説明】

１…熱利用システム、２…ディーゼルエンジン、１０…熱電発電装置、２０…水素吸蔵合金ヒートポンプ、１００…熱利用システム、１０２…ディーゼルエンジン、１１０…熱電発電装置、１２０…水素吸蔵合金ヒートポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電発電装置と水素吸蔵合金ヒートポン
プとを具備して成り、前記熱電発電装置によって熱源か
ら電気を取り出すとともに、前記水素吸蔵合金ヒートポ
ンプによって熱源から冷熱／温熱を取り出すことを特徴
とする熱利用システム。
【請求項２】前記熱電発電装置と前記水素吸蔵合金ヒ
ートポンプとを、前記熱源の移動経路上において直列に
配設したことを特徴とする請求項１記載の熱利用システ
ム。
【請求項３】前記熱電発電装置と前記水素吸蔵合金ヒ
ートポンプとを、前記熱源の移動経路上において並列に
配設したことを特徴とする請求項１記載の熱利用システ
ム。
【請求項４】前記熱源がエンジンからの排気ガスであ
ることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の
熱利用システム。