JP2004003805A - Engine drive type refrigerating cycle equipment - Google Patents

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Kenichi Nishikawa
西川　健一
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the heating capacity in a refrigerating cycle 10 by recovering heat from water heated by exhaust gas in an exhaust gas purifying device 40 and using the recovery heat for heating the refrigerant. <P>SOLUTION: This refrigerating cycle equipment heats refrigerant by a brine refrigerant heater 54 using brine whose heat is recovered from water in an exhaust purifying tank 41 heated by the heat of the exhaust gas by a heat recovery coil 51. This constitution can improve the heating capacity in the refrigerating cycle by recovering the heat from the water heated by the exhaust gas in the exhaust gas purifying device 40 and using the recovery heat for heating the refrigerant. Generally, when the water temperature rises, the solubility of gas lowers so that, when the water temperature in the exhaust purifying tank 41 rises, the solubility of nitrogen oxides NOx, sulfur oxides SOx or the like lowers. However, the recovering of the heat can suppress the rise of the water temperature in the exhaust purifying tank 41 so as to maintain the removal efficiency of harmful components in a favorable state. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒循環による冷凍サイクルと、その冷媒の圧縮機を駆動するエンジンと、そのエンジンからの排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置とを有し、空気や水等の流体の冷却や加熱を行なうエンジン駆動式冷凍サイクル装置に関するもので、特にエンジンの排熱利用による加熱能力向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧縮機の駆動にエンジンを用いたエンジン駆動式冷凍サイクル装置が普及し、特に、冷凍サイクルにヒートポンプ方式を用いた冷暖房装置や給湯装置等が数多く使われている。このようなヒートポンプサイクルは、加熱時に外気から吸熱するため、加熱能力が必要となる低外気温度時ほど吸熱効率が低下して加熱能力が不足するという問題がある。
【０００３】
ちなみに、これらのエンジンには発生熱を冷却するための冷却水回路が備わっており、エンジンの冷却仕事を終えて昇温した冷却水は、ラジエータで放熱冷却して再びエンジンに供給し、これを繰り返して循環させるようになっている。
【０００４】
以前は、昇温したエンジン冷却水の熱と共に排気ガスの熱も排熱され、なんら利用されることはなかったが、上記の問題を解決する技術として、最近ではこうした排熱を再利用することが見直されてきている。つまり熱を回収して暖房や給湯加熱に有効利用することである。
【０００５】
この種のエンジン熱を回収して加熱の助成に利用するシステムとして、一般的なエンジン駆動式ヒートポンプ装置においての構造は、エンジンのウォータジャケット、又は排ガスで冷却水を加熱し、昇温した冷却水の熱を冷媒回路に供給するための冷媒加熱器を設けて冷媒回路に組み込んでいる。これにより冬季加熱時は、エンジンの排熱を熱源として回収し、この回収熱を冷媒回路における加熱の強化に利用し、夏季シーズンは排熱している。
【０００６】
また近年、環境問題への意識の高まりにより、上記のようなエンジン駆動式冷凍サイクル装置においてもエンジンの排気ガスの浄化が求められてきており、排気ガス浄化装置が使われだしてきている。本発明者は、排気ガスを水中に通して排気ガス中の煤成分（粒子状物質）のみならず窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘ等の有害成分も水に溶かして除去する排気ガス浄化装置を開発中である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記開発中の排気ガス浄化装置において、排気ガスを通す排気浄化槽（バブリング槽）内の水が排気ガスの熱によって暖められることに着目して成されたものであり、その目的は、排気ガス浄化装置内の排気ガスによって温められた水から熱を回収し、その回収熱を冷媒加熱に利用することにより冷凍サイクルでの加熱能力を向上することのできるエンジン駆動式冷凍サイクル装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項５に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、排気ガス浄化装置（４０）の排気浄化槽（４１）内に熱回収手段（５１）と、蒸発器（７）から圧縮機（２）に至るまでの冷凍サイクル（１０）中にブライン−冷媒加熱器（５４）と、熱回収手段（５１）とブライン−冷媒加熱器（５４）との間でブラインを循環させるブライン回路（５０）とを設け、排気ガスの熱によって暖められた排気浄化槽（４１）内の水から熱回収手段（５１）にて熱回収したブラインを用いてブライン−冷媒加熱器（５４）にて冷媒を加熱することを特徴とする。
【０００９】
これにより、排気ガス浄化装置（４０）内の排気ガスによって温められた水から熱を回収して、その回収熱を冷媒加熱に利用することにより冷凍サイクルでの加熱能力を向上することができる。また、一般的に水温が上昇すると気体の溶解度は低下するため、排気浄化槽（４１）内の水温が上がると窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘ等の溶解度も低下してしまうが、熱回収することにより排気浄化槽（４１）内の水温の上昇が抑えられ、上記有害成分の除去効率を良い状態で維持することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、ブライン回路（５０）に放熱器（５３）と、熱回収手段（５１）からのブラインをブライン−冷媒加熱器（５４）に流すか放熱器（５３）に流すかを切り換える流路切換手段（５２）とを設けたことを特徴とする。これにより、冷凍サイクル（１０）を冷却に用いている場合であっても、排気浄化槽（４１）内の水から熱を回収し、その回収熱を放熱器（５３）で放熱することにより排気浄化槽（４１）内の水温の上昇が抑えられ、有害成分の除去効率を常に良い状態で維持することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、エンジン（１）の冷却水回路（２０）途中に、エンジン（１）の排熱によって暖められた冷却水で冷媒を加熱する冷却水−冷媒加熱器（８）を有するエンジン駆動式冷凍サイクル装置において、冷却水−冷媒加熱器（８）の冷媒流れ上流にブライン−冷媒加熱器（５４）を配置したことを特徴とする。
【００１２】
これは、排気ガスによって温められる水は、エンジン冷却水ほど高い温度にならないためであり、蒸発器（７）から出てくる低い温度の冷媒に対してまず排気ガスから熱回収した中温程度のブラインで予備加熱を行い、その後にエンジンから熱回収した高温の冷却水で加熱することにより、効率良く冷媒加熱を行なうことができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、排気ガス浄化装置（４０）の排気浄化槽（４１）内に熱回収手段（５１）を設け、熱回収手段（５１）を冷却水回路（２０）中に接続し、排気ガスの熱によって暖められた排気浄化槽（４１）内の水でエンジン冷却水を加熱することを特徴とする。
【００１４】
これにより、請求項１に記載の発明と同様、排気ガス浄化装置（４０）内の排気ガスによって温められた水から熱を回収して、その回収熱を冷却水−冷媒加熱器８での冷媒加熱に利用することにより冷凍サイクルでの加熱能力を向上することができる。また、熱回収することにより排気浄化槽（４１）内の水温の上昇が抑えられ、有害成分の除去効率を良い状態で維持することができる。
【００１５】
また、従来のエンジン（１）の排熱によって暖められた冷却水で冷媒を加熱する冷却水−冷媒加熱器（８）を設けた冷却水回路（２０）中に熱回収手段（５１）を追加する構成としたため、請求項１に記載の発明で構成しているブライン−冷媒加熱器（５４）や、それにブラインを循環させるポンプ等が不要となり、簡素な構成で同様の効果を得ることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、熱回収手段（５１）を、冷却水−冷媒加熱器（８）からエンジン（１）に至るまでの冷却水回路（２０）中に配置したことを特徴とする。
【００１７】
これは、請求項３に記載の発明と同様、排気ガスによって温められる水は、エンジン（１）通過後の冷却水ほど高い温度にならないためであり、冷却水−冷媒加熱器（８）から出てくる低い温度の冷却水に対してまず排気ガスの熱によって暖められた排気浄化槽（４１）内の中温程度の水で予備加熱を行い、その後にエンジン（１）から熱回収することにより、効率良く冷却水加熱を行なうことができる。また、冷却効果で見れば排気浄化槽（４１）内の水の冷却とエンジン（１）の冷却とを両立させることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、冷却水回路（２０）に、熱回収手段（５１）への冷却水の流通を断続する流通断続手段（２２）を設けたことを特徴とする。これにより、排気浄化槽（４１）内の水の温度が冷却水−冷媒加熱器（８）から出てくる冷却水の温度よりも高くなり、冷却水を加熱して排気浄化槽（４１）内の水が冷却される状態の時にだけ熱回収手段（５１）へ冷却水を流通させることができる。
【００１９】
これは、冷凍サイクル（１０）を冷却に用いている場合であっても、排気浄化槽（４１）内の水の温度が冷却水−冷媒加熱器（８）から出てくる冷却水の温度よりも高い場合は熱回収手段（５１）へ冷却水を流通させることにより排気浄化槽（４１）内の水温の上昇が抑えられ、有害成分の除去効率を常に良い状態で維持することができる。尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
次に、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。図１は本発明の第１実施形態における排気ガス浄化装置４０およびエンジン駆動式ヒートポンプ空調装置１００の全体構成を示す模式図である。
【００２１】
本実施形態では、本発明のエンジン駆動式冷凍サイクル装置を、灯油・軽油・ガソリン等を燃料とする水冷式のエンジン１によって駆動されるエンジン駆動式ヒートポンプ空調装置（以下、単に空調装置という）１００に適用したものとして説明する。この空調装置１００は車両搭載型あるいは固定設置型の空調装置として用いられ、車室内や屋内を冷暖房することができる。
【００２２】
まず、全体の構成を説明すると、エンジン１によって駆動される圧縮機２、冷媒の流路を切り替る四方弁４、冷房時は蒸発器として働き且つ暖房時は凝縮器として働く室内熱交換器５、冷媒を減圧する減圧手段である膨張弁６、冷房時は凝縮器として働き且つ暖房時は蒸発器として働く室外熱交換器７、暖房時にエンジン排熱を回収した温水（エンジン冷却水）で冷媒を加熱する冷媒加熱器８、冷媒を気液に分離しガス冷媒を導出するアキュムレ−タ９が冷媒管路によって順次接続され、周知のヒートポンプ式冷凍サイクル１０が構成されている。
【００２３】
尚、５ａは室内熱交換器５の送風ファンである室内ファン、７ａは室外熱交換器７の送風ファンである室外ファンであり、各ファン５ａ・７ａは電動モータ（図示せず）によって駆動されるようになっている。また、膨張弁６は周知のように、運転時に蒸発器となる方の熱交換器出口の冷媒温度および冷媒圧力を各々図示しない温度センサ及び圧力センサで検知し、これらのセンサからの検知信号に応じて弁開度を制御する電子膨張弁が用いられる。
【００２４】
エンジン１はＶベルト３により圧縮機２に駆動力を伝達し、圧縮機２を駆動させるようになっている。そして、エンジン１の排気口から燃料燃焼後の排気ガスが排出されるが、排気口には、エンジン１からの排気ガスを流して外部に排出するための金属管等からなる排気ガス通路３０が、フランジ等により接続されている。
【００２５】
この排気ガス通路３０の終端部は、本発明に係わる排気ガス浄化装置４０内に引き込まれている。尚、この排気ガス浄化装置４０の構造は本発明の要部の１つであるため、後述で詳細に説明する。ここで、排気ガス通路３０のうちエンジン１と排気ガス浄化装置４０の間の部位には、後述の冷却水回路２０内の冷却水と排気ガスとを熱交換させる熱交換器（熱交換部）１１が介在設置されている。
【００２６】
熱交換器１１は、例えば、公知のフィン−チューブ型の熱交換器等を用いることが可能であり、チューブ内部に冷却水を循環させ、フィンの隙間に排気ガスを通過させることで熱交換が行なわれる。熱交換器１１への冷却水の供給は、冷却水回路２０の一部をなすホース（例えばゴムホース等）によって行なわれる。また、排気ガス通路３０と熱交換器１１との接続はフランジ等により行なわれる。
【００２７】
エンジン１は、エンジン１を冷却するための冷却水が循環する冷却水回路２０を有している。ここで、冷却水回路２０は、エンジン１の冷却水出口からホースによって熱交換器１１を通り、サ−モスタット１２を介しラジエ−タ１３を通ってエンジン１の冷却水入口に戻る回路（回路１）と、エンジン１の冷却水出口からホースによって熱交換器１１を通り、サ−モスタット１２を介し冷却水−冷媒加熱器８を通ってエンジン１の冷却水入口に戻る回路（回路２）とから構成されている。
【００２８】
尚、冷却水回路２０は循環駆動源としてエンジン１に内蔵された水ポンプ（図示せず）を有しており、空調装置１００の冷房時には前者の回路１を、暖房時には後者の回路２を冷却水が流れるように流路制御されるようになっている。また、サーモスタット１２は冷却水温度をモニタし、回路２において冷却水温度が高すぎる場合に回路１に切り換える等の流路制御を行なうためのものである。また、ラジエ−タ１３は室外熱交換器７のサブクールを取る過冷却器として構成されている。
【００２９】
尚、従来の空調装置１００は上記の構成要素にて構成されるが、これらのうち室内熱交換器５および室内ファン５ａは、室内機を構成して室内（車室内または屋内）の適所に設置され、その他のものは、室外機を構成して室外（車両の場合は例えばエンジンルーム内）の適所に設置されている。そして、これら室内機および室外機は図示しない電子回路等からなる制御装置によって、作動制御されるようになっている。
【００３０】
次に、本発明の要部の１つである排気ガス浄化装置４０の構造について説明する。排気ガス浄化装置４０は、主に排気浄化槽（バブリング槽）４１で構成されており、この槽４１は、酸およびアルカリに強いプラスチックなどの樹脂材料か、もしくは耐食性を有する金属材料で形成されている。
【００３１】
排気浄化槽４１内には水が満たされており、その排気浄化槽４１の底まで排気ガス通路３０の終端部が引き込まれ、その終端部には無数の孔の開いたノズル３１が接続されている。そして、排気ガスを排気浄化槽４１の底で無数の泡状として水中に噴出し、水の中を通してから外部へ排出するようになっている。３２は排気ガス浄化装置４０の上部に設けられ排気ガス通路３０の一部を成す排気筒であり、ここから浄化された排気ガスが外部の大気中へ排出される。
【００３２】
この排気浄化槽４１の中には、少なくともマグネシウム材を用いた電極を含む複数の電極板からなる電極列４５が設けられており、貯留した水に浸漬するようになっている。本実施形態では、この電極列４５を排気浄化槽４１内の横方向に配置しており、その電極列４５の両端に配置された両端電極には、電圧を印加するための電圧印加回路部（電圧印加手段）４６が接続されている。
【００３３】
また、排気ガス浄化装置４０には定期的に内部の水を排気浄化槽４１の底から外部へ排出する排水バルブ４９と、排水や蒸発で減少した水量を排気浄化槽４１の上部から上水で補うための給水バルブ４８とが設けられている。そして、排気ガス浄化装置４０の運転中は、排気浄化槽４１中の電極列４５が浸漬する水量を保つように制御される。
【００３４】
そして、これら機器は空調装置１００の制御装置６０にて制御され、図示しない操作パネルから運転信号（及び設定温度信号等）６１が入力されると、エンジン１、四方弁４、電子膨張弁６、電圧印加回路部４６、給水バルブ４８、排水バルブ４９、後述の三方弁５２およびブライン循環ポンプ５５に作動信号を出力するようになっている。
【００３５】
次に、本実施形態の特徴構成について説明する。排気ガス浄化装置４０の排気浄化槽４１内に、熱回収手段として熱伝導率の良い銅管等をコイル状にした熱回収コイル５１を配置している。また、暖房時の蒸発器７から圧縮機２に至るまでの冷凍サイクル１０中にブライン−冷媒加熱器５４を設けている。このブライン−冷媒加熱器５４は、先の冷却水−冷媒加熱器８よりも冷媒流れ上流に配置している。
【００３６】
そして、熱回収コイル５１とブライン−冷媒加熱器５４との間で不凍液等のブライン（熱交換媒体）を循環させるブライン回路５０とを設けている。また、ブライン回路５０に放熱器５３と、熱回収コイル５１からのブラインをブライン−冷媒加熱器５４に流すか放熱器５３に流すかを切り換える流路切換手段としての電動三方弁５２とを設けている。
【００３７】
このブライン回路５０は、排気ガスの熱によって暖められた排気浄化槽４１内の水で熱回収コイル５１内を流通するブラインを暖めることで熱回収し、そのブラインを放熱器５３で放熱してから熱回収コイル５１に戻る回路（回路Ａ）と、ブライン−冷媒加熱器５４で冷媒加熱を行ってから熱回収コイル５１に戻る回路（回路Ｂ）とから構成されている。
【００３８】
尚、ブライン回路５０は循環駆動源としてブライン循環ポンプ５５を有しており、空調装置１００の冷房時には前者の回路Ａを、暖房時には後者の回路Ｂを冷却水が流れるよう電動三方弁５２を制御するようになっている。
【００３９】
次に、本実施形態の作動を上記構成に基づいて説明する。まずヒートポンプ装置１００の作動について述べるが、その作動は公知であるため簡単に述べる。
【００４０】
冷房時：操作パネルの冷房スイッチが起動されると、四方弁４が冷房側（破線）に切り換えられ、冷媒は図１の破線矢印の様に流れる。すなわち、圧縮機２を出た高温のガス冷媒は四方弁４、冷却水−冷媒加熱器８、ブライン−冷媒加熱器５４を順次流れ、室外熱交換器７で放熱凝縮され、膨張弁６で減圧され、室内熱交換器５で吸熱蒸発し、冷房を行なう。その後、再び四方弁４を通りアキュムレータ９にて気液分離され、再び圧縮機２に戻る。
【００４１】
この時、冷却水回路２０では、上記回路１を冷却水が流れる。すなわち、エンジン１を出た冷却水は熱交換器１１、サーモスタット１２、ラジエータ１３を通り、再びエンジン１に戻る。また、ブライン回路５０は上記回路Ａを冷却水が流れる。すなわち、熱回収コイル５１で熱回収し、その熱を放熱器５３で放熱してから熱回収コイル５１に戻る。
【００４２】
暖房時：操作パネルの暖房スイッチが起動されると、四方弁４が暖房側（実線）に切り換えられ、冷媒は図１の実線矢印の様に流れる。すなわち、圧縮機２を出た高温のガス冷媒は四方弁４を通り、室内熱交換器５で放熱凝縮し、暖房を行なう。
【００４３】
室内熱交換器５を出た高温の液冷媒は、膨張弁６で減圧され、室外熱交換器７にて空気と熱交換（外気吸熱）して蒸発する。更にブライン−冷媒加熱器５４、冷却水−冷媒加熱器８で、排気ガスの熱を回収したブラインや冷却水と熱交換して蒸発する。その後、四方弁４を再び通り、アキュムレータ９から圧縮機２に戻る。
【００４４】
この時、冷却水回路２０では、上記回路２を冷却水が流れる。すなわち、エンジン１を出た冷却水は熱交換器１１、サーモスタット１２を通り、冷却水−冷媒加熱器８へと流れ、前述のように、冷媒と熱交換し冷却された後、再びエンジン１に戻る。また、ブライン回路５０は上記回路Ｂを冷却水が流れる。すなわち、熱回収コイル５１で熱回収し、その熱をブライン−冷媒加熱器５４で冷媒加熱を行ってから熱回収コイル５１に戻る。
【００４５】
次に、空調装置１００の作動に伴う排気ガス浄化装置４０の作動について述べる。エンジン１の爆発行程にて発生した排気ガスは、エンジン１の排気口から、排気ガス通路３０を通り熱交換器１１へ送られる。熱交換器１１において冷却水に熱回収された排気ガスは排気ガス浄化装置４０に入り、排気浄化槽４１の底のノズル３１から無数の泡状となって水中に噴出される。
【００４６】
この際、排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘは、排気ガスを水中に通すことで水の中に溶け込ませて除去することができる。そして水の中を通って浄化された排気ガスが排気筒３２から外部の大気中へ排出される。
【００４７】
一方、排気浄化槽４１に貯留された水は、窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘが溶け込んで酸性となる。この酸性水に対して電極列４５の両端電極から電圧を印加する。図２は排気浄化槽４１内での電解反応を説明する模式図であり、図３は電圧印加回路部４６での極性の切り換えを示す説明図である。
【００４８】
電圧印加手段である電圧印加回路部４６は、図３に示すように、一端の電極４５ａに正の電圧（＋Ｖｏ）を印加し他端の電極４５ｃに負の電圧（−Ｖｏ）を印加する第１通電モード（ｔ秒間）と、一端の電極４５ａに負の電圧（−Ｖｏ）を印加し他端の電極４５ｃに正の電圧（＋Ｖｏ）を印加する第２通電モード（ｔ秒間）とを交互に極性を切り換えるように通電を行なう。
【００４９】
尚、両端電極４５ａ・４５ｃに印加する電圧は、排気浄化槽４１内を流れる電流が所定値となるように制御装置６０により調整される。また、この電圧印加はエンジン１が作動中行われ、両端電極４５ａ・４５ｃ間に電圧が印加されると、電極板４５ａ〜４５ｃ間に電流が流れて、酸性水が以下に示すように電気分解される。
【００５０】
ちなみに、両端電極４５ａ・４５ｃ間に印加される電圧の極性は、説明の便宜上、以下、一端の電極４５ａが高電位側の極性で他端の電極４５ｃが低電位側の極性となっている時を示す。中間電極４５ｂにおいても、それぞれの電極間に、両端電極４５ａ・４５ｃ間の電位差の略半分の電位差が生ずることで、それぞれの電極で起こる電解反応について図２を用いて説明する。
【００５１】
各電極板４５ａ〜４５ｃの高電位に帯電した側からＭｇ２＋イオンが溶解し、下記化学式（１）によって示されるようにＭｇ２＋イオンがＯＨ―と反応してＭｇ（ＯＨ）２が生成され、更に、化学式（２）ないし（５）に示すように、酸性水中に含まれるＨＮＯ３及びＨ２ＳＯ４と、Ｍｇ及びＭｇ（ＯＨ）２とがそれぞれ反応して３Ｍｇ（ＮＯ３）２及びＭｇＳＯ４などの水に溶けやすい物質が生成されて水に混じるので、排気浄化槽４１内の酸性水が中性もしくはアルカリ性に改質される。
【００５２】
【化１】Ｍｇ２＋＋２ＯＨ―→Ｍｇ（ＯＨ）２
【００５３】
【化２】３Ｍｇ＋８ＨＮＯ３→３Ｍｇ（ＮＯ３）２＋２ＮＯ＋４Ｈ２Ｏ
【００５４】
【化３】Ｍｇ＋Ｈ２ＳＯ４→ＭｇＳＯ４＋Ｈ２
【００５５】
【化４】Ｍｇ（ＯＨ）２＋２ＨＮＯ３→Ｍｇ（ＮＯ３）２＋２Ｈ２Ｏ
【００５６】
【化５】Ｍｇ（ＯＨ）２＋２Ｈ２ＳＯ４→ＭｇＳＯ４＋２Ｈ２Ｏ
これにより、排気浄化槽４１内は常に中和が行われて過度の酸性状態となることはなく、窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘが溶け込み易い状態が維持される。他方の低電位に帯電した側では、水素イオン２Ｈ＋が電子を受け取って水素ガスＨ２になる反応が起きている。尚、低電位側で発生した水素ガスＨ２は、大気中に開放される。ちなみに、両端電極４５ａ・４５ｃの極性が反転したときには、化学式（１）ないし（５）で示す反応が起こる側と、水素イオン２Ｈ＋が電子を受け取って水素ガスＨ２になる反応が起こる側が反転する。
【００５７】
また、高電位に帯電した側からＭｇ２＋イオンが溶解することにより、各電極板４５ａ〜４５ｃのマグネシウムが消耗してしまう。本実施形態では、第１通電モードと第２通電モードとを交互に切り換えて通電を行なうことにより、各電極板４５ａ〜４５ｃの両面が交互に溶解するため均等に消耗するものである。そして、操作パネルの運転スイッチがＯＦＦされると、空調装置１００の制御装置６０からエンジン１および排気ガス浄化装置４０の運転を停止する。
【００５８】
次に、本実施形態の特徴を述べる。排気ガス浄化装置４０の排気浄化槽４１内に熱回収コイル５１と、蒸発器７から圧縮機２に至るまでの冷凍サイクル１０中にブライン−冷媒加熱器５４と、熱回収コイル５１とブライン−冷媒加熱器５４との間でブラインを循環させるブライン回路５０とを設け、排気ガスの熱によって暖められた排気浄化槽４１内の水から熱回収コイル５１にて熱回収したブラインを用いてブライン−冷媒加熱器５４にて冷媒を加熱している。
【００５９】
これにより、排気ガス浄化装置４０内の排気ガスによって温められた水から熱を回収して、その回収熱を冷媒加熱に利用することにより冷凍サイクルでの加熱能力を向上することができる。また、一般的に水温が上昇すると気体の溶解度は低下するため、排気浄化槽４１内の水温上がると窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘ等の溶解度も低下してしまうが、熱回収することにより排気浄化槽４１内の水温の上昇が抑えられ、上記有害成分の除去効率を良い状態で維持することができる。
【００６０】
また、ブライン回路５０に放熱器５３と、熱回収コイル５１からのブラインをブライン−冷媒加熱器５４に流すか放熱器５３に流すかを切り換える電磁三方弁５２とを設けている。これにより、冷凍サイクル１０を冷却に用いている場合であっても、排気浄化槽４１内の水から熱を回収し、その回収熱を放熱器５３で放熱することにより排気浄化槽４１内の水温の上昇が抑えられ、前記有害成分の除去効率を常に良い状態で維持することができる。
【００６１】
また、エンジン１の冷却水回路２０途中に、エンジン１の排熱によって暖められた冷却水で冷媒を加熱する冷却水−冷媒加熱器８を有するエンジン駆動式冷凍サイクル装置において、冷却水−冷媒加熱器８の冷媒流れ上流にブライン−冷媒加熱器５４を配置している。
【００６２】
これは、排気ガスによって温められる水は、エンジン冷却水ほど高い温度にならないためであり、蒸発器７から出てくる低い温度の冷媒に対してまず排気ガスから熱回収した中温程度のブラインで予備加熱を行い、その後にエンジンから熱回収した高温の冷却水で加熱することにより、効率良く冷媒加熱を行なうことができる。
【００６３】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態における排気ガス浄化装置およびエンジン駆動式ヒートポンプ空調装置の全体構成を示す模式図である。上述の第１実施形態とは冷媒を加熱する回路の構成のみ異なる。
【００６４】
具体的には、第１実施形態と同様に、エンジン１の冷却水回路２０途中に、エンジン１の排熱によって暖められた冷却水で冷媒を加熱する冷却水−冷媒加熱器８を持つものにおいて、排気ガス浄化装置４０の排気浄化槽４１内に設けた熱回収コイル５１を冷却水回路２０中に接続し、排気ガスの熱によって暖められた排気浄化槽４１内の水でエンジン冷却水を加熱するようにしたものである。
【００６５】
これにより、第１実施形態と同様、排気ガス浄化装置４０内の排気ガスによって温められた水から熱を回収して、その回収熱を冷却水−冷媒加熱器８での冷媒加熱に利用することにより冷凍サイクルでの加熱能力を向上することができる。また、熱回収することにより排気浄化槽４１内の水温の上昇が抑えられ、有害成分の除去効率を良い状態で維持することができる。
【００６６】
また、従来のエンジン１の排熱によって暖められた冷却水で冷媒を加熱する冷却水−冷媒加熱器８を設けた冷却水回路２０中に熱回収コイル５１を追加する構成としたため、第１実施形態で構成しているブライン−冷媒加熱器５４や、それにブラインを循環させるポンプ５５等が不要となり、簡素な構成で同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、熱回収コイル５１を、冷却水−冷媒加熱器８からエンジン１に至るまでの冷却水回路２０中に配置している。これも第１実施形態と同様、排気ガスによって温められる水は、エンジン１通過後の冷却水ほど高い温度にならないためであり、冷却水−冷媒加熱器８から出てくる低い温度の冷却水に対してまず排気ガスの熱によって暖められた排気浄化槽４１内の中温程度の水で予備加熱を行い、その後にエンジン１から熱回収することにより、効率良く冷却水加熱を行なうことができる。また、冷却効果で見れば排気浄化槽４１内の水の冷却とエンジン１の冷却とを両立させることができる。
【００６８】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態における排気ガス浄化装置およびエンジン駆動式ヒートポンプ空調装置の全体構成を示す模式図である。上述の第２実施形態の冷却水回路２０に、熱回収コイル５１への冷却水の流通を断続する開閉弁（流通断続手段）２２を設けたことのみ異なる。尚、排気浄化槽４１内には水温を検出する温度センサ５６と、冷却水−冷媒加熱器８の冷却水下流には冷却水−冷媒加熱器８で熱交換して出てくる冷却水の水温を検出する図示しない温度センサとが設けられ、それぞれ制御装置６０に入力するようになっている。
【００６９】
これにより、排気浄化槽４１内の水の温度が冷却水−冷媒加熱器８から出てくる冷却水の温度よりも高くなり、冷却水を加熱して排気浄化槽４１内の水が冷却される状態の時にだけ熱回収コイル５１へ冷却水を流通させることができる。
【００７０】
これは、冷凍サイクル１０を冷却に用いている場合であっても、排気浄化槽４１内の水の温度が冷却水−冷媒加熱器８から出てくる冷却水の温度よりも高い場合は熱回収コイル５１へ冷却水を流通させることにより排気浄化槽４１内の水温の上昇が抑えられ、有害成分の除去効率を常に良い状態で維持することができる。
【００７１】
尚、流通断続手段は開閉弁２２に限るものではなく、エンジン１と熱回収コイル５１とへの流量比率を可変できる弁等であっても良い。また、熱回収コイル５１からの戻り回路はエンジン１の冷却水出口側に接続しているが、冷却水入口側に接続しても良い。
【００７２】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、水冷式のエンジンである例を述べたが、冷却水回路を有しないもの、例えば空冷式のエンジンであってもよい。また、上述の実施形態では、エンジン１と同時に排気ガス浄化装置４０も作動を行なうように制御したが、例えば排気浄化槽４１内にｐＨセンサーを設けて水のｐＨ値を検出し、検出値に基づいて、排気ガス浄化装置４０の作動および電圧印加条件を可変するようにしても良い。
【００７３】
また、排気ガス浄化装置４０の前段にＰｔ触媒等の酸化触媒を配置しても良い。これは、一般的にエンジン１から排出されるＮＯｘは主にＮＯとＮＯ２であるが、水溶性なのはＮＯ２である。酸化触媒を用いることでＮＯを積極的にＮＯ２に酸化できるので、排気浄化槽４１でのＮＯｘ除去効果を高めることができる。また、酸化触媒を用いることでＣＯやＨＣ等の有害物質を低減できる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における排気ガス浄化装置およびエンジン駆動式ヒートポンプ空調装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】排気浄化槽内での電解反応を説明する模式図である。
【図３】電圧印加回路部での極性の切り換えを示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態における排気ガス浄化装置およびエンジン駆動式ヒートポンプ空調装置の全体構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態における排気ガス浄化装置およびエンジン駆動式ヒートポンプ空調装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１　エンジン
２　圧縮機
５　室内熱交換器（凝縮器）
６　膨張弁（減圧手段）
７　室外熱交換器（蒸発器）
８　冷却水−冷媒加熱器
１０　冷凍サイクル
２０　冷却水回路
２２　開閉弁（流通断続手段）
３０　排気ガス通路
４０　排気ガス浄化装置
４１　排気浄化槽
５０　ブライン回路
５１　熱回収コイル（熱回収手段）
５２　三方弁（流路切換手段）
５３　放熱器
５４　ブライン−冷媒加熱器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention has a refrigeration cycle based on refrigerant circulation, an engine that drives a compressor of the refrigerant, and an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas from the engine, and cools or heats a fluid such as air or water. The present invention relates to an engine-driven refrigeration cycle apparatus for performing the above-mentioned, and more particularly to improvement of a heating capacity by utilizing exhaust heat of an engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, engine-driven refrigeration cycle devices using an engine to drive a compressor have become widespread, and in particular, many cooling / heating devices and hot water supply devices using a heat pump method for a refrigeration cycle have been used. Since such a heat pump cycle absorbs heat from the outside air at the time of heating, there is a problem that the heat absorption efficiency decreases and the heating capacity becomes insufficient at a low outside air temperature where the heating capacity is required.
[0003]
By the way, these engines are equipped with a cooling water circuit for cooling the generated heat, and the cooling water that has been heated after finishing the cooling work of the engine is radiated and cooled by the radiator and supplied to the engine again. It is designed to circulate repeatedly.
[0004]
In the past, exhaust gas heat was also exhausted along with the heat of the engine cooling water that had been heated, and it was never used.However, as a technology to solve the above-mentioned problem, recently, such exhaust heat has been reused. Has been reviewed. That is, the heat is recovered and effectively used for heating or hot water supply.
[0005]
As a system for recovering this kind of engine heat and utilizing it for heating, the structure of a general engine-driven heat pump device is such that the cooling water is heated by an engine water jacket or exhaust gas to raise the temperature of the cooling water. A refrigerant heater for supplying the heat to the refrigerant circuit is provided and incorporated in the refrigerant circuit. As a result, during winter heating, the exhaust heat of the engine is recovered as a heat source, and this recovered heat is used to enhance the heating in the refrigerant circuit, and is exhausted in the summer season.
[0006]
Also, in recent years, with increasing awareness of environmental issues, there has been a demand for purification of engine exhaust gas even in the above-described engine-driven refrigeration cycle apparatus, and exhaust gas purification apparatuses have begun to be used. The inventor of the present invention discloses an exhaust gas purifying apparatus that removes not only soot components (particulate matter) but also harmful components such as nitrogen oxides NOx and sulfur oxides SOx in water by passing exhaust gas through water. Is under development.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made by focusing on the fact that water in an exhaust gas purifying tank (bubbling tank) through which exhaust gas passes is heated by heat of the exhaust gas in the exhaust gas purifying apparatus under development described above. An engine-driven refrigeration cycle device that recovers heat from water heated by exhaust gas in an exhaust gas purification device and uses the recovered heat for refrigerant heating to improve the heating capacity of the refrigeration cycle. To provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the technical means described in claims 1 to 5 are adopted. That is, in the first aspect of the present invention, the heat recovery means (51) and the refrigeration from the evaporator (7) to the compressor (2) are provided in the exhaust gas purifying tank (41) of the exhaust gas purifying device (40). A brine-refrigerant heater (54) during the cycle (10) and a brine circuit (50) for circulating brine between the heat recovery means (51) and the brine-refrigerant heater (54); The refrigerant is heated by the brine-refrigerant heater (54) using the brine recovered by the heat recovery means (51) from the water in the exhaust gas purification tank (41) warmed by the heat of (1).
[0009]
Thereby, heat can be recovered from the water heated by the exhaust gas in the exhaust gas purification device (40), and the recovered heat can be used for heating the refrigerant, thereby improving the heating capacity in the refrigeration cycle. In general, when the water temperature rises, the solubility of the gas decreases. Therefore, when the water temperature in the exhaust gas purification tank (41) rises, the solubility of nitrogen oxides NOx, sulfur oxides SOx, and the like also decreases, but heat recovery is performed. This suppresses a rise in water temperature in the exhaust gas purification tank (41), and can maintain the efficiency of removing the harmful components in a good state.
[0010]
According to the second aspect of the present invention, the radiator (53) and the brine from the heat recovery means (51) flow to the brine circuit (50) to the brine-refrigerant heater (54) or to the radiator (53). And a flow path switching means (52) for switching between colors. Thereby, even when the refrigeration cycle (10) is used for cooling, heat is recovered from the water in the exhaust gas purification tank (41), and the recovered heat is radiated by the radiator (53) to release the heat. The rise of the water temperature in (41) is suppressed, and the harmful component removal efficiency can be always maintained in a good state.
[0011]
According to the third aspect of the present invention, a cooling water-refrigerant heater (8) that heats the refrigerant with the cooling water heated by the exhaust heat of the engine (1) in the cooling water circuit (20) of the engine (1). , Wherein a brine-refrigerant heater (54) is arranged upstream of the refrigerant flow of the cooling water-refrigerant heater (8).
[0012]
This is because the water heated by the exhaust gas does not reach a higher temperature than the engine cooling water, and a medium-temperature brine that first recovers heat from the exhaust gas against the low-temperature refrigerant coming out of the evaporator (7). By performing preliminary heating in the step (1) and then heating with high-temperature cooling water recovered from the engine, the refrigerant can be efficiently heated.
[0013]
According to the fourth aspect of the present invention, the heat recovery means (51) is provided in the exhaust gas purification tank (41) of the exhaust gas purification device (40), and the heat recovery means (51) is connected to the cooling water circuit (20). The engine cooling water is heated by the water in the exhaust gas purification tank (41) heated by the heat of the exhaust gas.
[0014]
As a result, heat is recovered from the water heated by the exhaust gas in the exhaust gas purifying device (40), and the recovered heat is transferred to the refrigerant in the cooling water-refrigerant heater 8 as in the first aspect of the present invention. Utilization for heating can improve the heating capacity in the refrigeration cycle. Further, by recovering heat, a rise in water temperature in the exhaust gas purification tank (41) is suppressed, and the efficiency of removing harmful components can be maintained in a good state.
[0015]
Further, a heat recovery means (51) is added to a cooling water circuit (20) provided with a cooling water-refrigerant heater (8) for heating a refrigerant with cooling water heated by exhaust heat of the conventional engine (1). With this configuration, the brine-refrigerant heater (54) and the pump for circulating the brine through the brine-refrigerant heater (54) according to the first aspect of the present invention are not required, and the same effect can be obtained with a simple configuration. .
[0016]
The invention according to claim 5 is characterized in that the heat recovery means (51) is arranged in a cooling water circuit (20) from the cooling water-refrigerant heater (8) to the engine (1). .
[0017]
This is because the water heated by the exhaust gas does not become as high in temperature as the cooling water after passing through the engine (1), similarly to the invention according to claim 3, and is discharged from the cooling water-refrigerant heater (8). For the low-temperature cooling water, first, preheating is performed with medium-temperature water in the exhaust gas purifying tank (41) heated by the heat of the exhaust gas, and then heat is recovered from the engine (1) to improve the efficiency. Cooling water heating can be performed well. In terms of the cooling effect, it is possible to achieve both the cooling of the water in the exhaust gas purification tank (41) and the cooling of the engine (1).
[0018]
The invention according to claim 6 is characterized in that the cooling water circuit (20) is provided with a flow interrupting means (22) for interrupting the flow of the cooling water to the heat recovery means (51). Thereby, the temperature of the water in the exhaust gas purification tank (41) becomes higher than the temperature of the cooling water coming out of the cooling water-refrigerant heater (8), and the cooling water is heated and the water in the exhaust gas purification tank (41) is heated. The cooling water can be circulated to the heat recovery means (51) only when the cooling water is cooled.
[0019]
This is because even when the refrigeration cycle (10) is used for cooling, the temperature of the water in the exhaust gas purification tank (41) is lower than the temperature of the cooling water coming out of the cooling water-refrigerant heater (8). When the temperature is high, the cooling water is circulated to the heat recovery means (51) to suppress a rise in the water temperature in the exhaust gas purification tank (41), so that the efficiency of removing harmful components can be always maintained in a good state. Note that the reference numerals in parentheses of the above means indicate the correspondence with specific means of the embodiment described later.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an exhaust gas purifying device 40 and an engine-driven heat pump air conditioner 100 according to a first embodiment of the present invention.
[0021]
In the present embodiment, an engine-driven refrigeration cycle device of the present invention is an engine-driven heat pump air conditioner (hereinafter simply referred to as an air conditioner) 100 driven by a water-cooled engine 1 using kerosene, light oil, gasoline, or the like as fuel. The following description is made assuming that the present invention is applied. The air conditioner 100 is used as a vehicle-mounted or fixed installation type air conditioner, and is capable of cooling and heating the interior of a vehicle or the interior of a vehicle.
[0022]
First, the overall configuration will be described. A compressor 2 driven by an engine 1, a four-way valve 4 for switching a flow path of a refrigerant, an indoor heat exchanger 5 which functions as an evaporator during cooling and as a condenser during heating. An expansion valve 6 serving as a pressure reducing means for reducing the pressure of the refrigerant; an outdoor heat exchanger 7 serving as a condenser during cooling and serving as an evaporator during heating; and a refrigerant using hot water (engine cooling water) that recovers engine exhaust heat during heating. A refrigerant heater 8, which heats the refrigerant, and an accumulator 9, which separates the refrigerant into gas and liquid and guides out the gas refrigerant, are sequentially connected by a refrigerant pipe to constitute a well-known heat pump refrigeration cycle 10.
[0023]
In addition, 5a is an indoor fan which is a blowing fan of the indoor heat exchanger 5, 7a is an outdoor fan which is a blowing fan of the outdoor heat exchanger 7, and each fan 5a is driven by an electric motor (not shown). It has become so. Further, as is well known, the expansion valve 6 detects the refrigerant temperature and the refrigerant pressure at the outlet of the heat exchanger which becomes the evaporator during operation with a temperature sensor and a pressure sensor (not shown), respectively, and outputs a detection signal from these sensors. An electronic expansion valve that controls the valve opening degree in response is used.
[0024]
The engine 1 transmits a driving force to the compressor 2 by a V-belt 3 to drive the compressor 2. Exhaust gas after fuel combustion is exhausted from an exhaust port of the engine 1. The exhaust port is provided with an exhaust gas passage 30 formed of a metal pipe or the like for flowing exhaust gas from the engine 1 and discharging the exhaust gas to the outside. , Flanges and the like.
[0025]
The terminal end of the exhaust gas passage 30 is drawn into the exhaust gas purifying device 40 according to the present invention. Since the structure of the exhaust gas purifying device 40 is one of the main parts of the present invention, it will be described in detail later. Here, in a portion of the exhaust gas passage 30 between the engine 1 and the exhaust gas purifying device 40, a heat exchanger (heat exchange unit) for exchanging heat between the cooling water in the cooling water circuit 20 and the exhaust gas described later. 11 are interposed and installed.
[0026]
As the heat exchanger 11, for example, a known fin-tube type heat exchanger or the like can be used, and heat exchange is performed by circulating cooling water inside the tube and passing exhaust gas through the gap between the fins. Done. The supply of the cooling water to the heat exchanger 11 is performed by a hose (for example, a rubber hose or the like) forming a part of the cooling water circuit 20. The connection between the exhaust gas passage 30 and the heat exchanger 11 is made by a flange or the like.
[0027]
The engine 1 has a cooling water circuit 20 through which cooling water for cooling the engine 1 circulates. Here, a cooling water circuit 20 is connected to a cooling water outlet of the engine 1 through a heat exchanger 11 by a hose, passes through a thermostat 12, passes through a radiator 13, and returns to a cooling water inlet of the engine 1 (circuit 1). ) And a circuit (circuit 2) that returns from the cooling water outlet of the engine 1 to the cooling water inlet of the engine 1 through the heat exchanger 11 via a hose, the cooling water-refrigerant heater 8 via the thermostat 12, and the thermostat 12. It is configured.
[0028]
The cooling water circuit 20 has a water pump (not shown) incorporated in the engine 1 as a circulating drive source, and cools the former circuit 1 when the air conditioner 100 is being cooled and the latter circuit 2 when it is being heated. The flow path is controlled so that water flows. The thermostat 12 is for monitoring the temperature of the cooling water and performing flow control such as switching to the circuit 1 when the temperature of the cooling water in the circuit 2 is too high. The radiator 13 is configured as a subcooler that takes a subcool of the outdoor heat exchanger 7.
[0029]
The conventional air conditioner 100 includes the above-mentioned components. Among them, the indoor heat exchanger 5 and the indoor fan 5a constitute an indoor unit and are installed at an appropriate place in a room (vehicle compartment or indoor). The other components constitute an outdoor unit and are installed at appropriate places outside the room (in the case of a vehicle, for example, in an engine room). The operation of the indoor unit and the outdoor unit is controlled by a control device including an electronic circuit (not shown).
[0030]
Next, the structure of the exhaust gas purifying apparatus 40 which is one of the main parts of the present invention will be described. The exhaust gas purifying device 40 is mainly composed of an exhaust gas purifying tank (bubbling tank) 41, and the tank 41 is formed of a resin material such as plastic resistant to acid and alkali, or a metal material having corrosion resistance. .
[0031]
The exhaust gas purifying tank 41 is filled with water, and the terminal end of the exhaust gas passage 30 is drawn to the bottom of the exhaust gas purifying tank 41, and the terminal 31 is connected to a nozzle 31 having an infinite number of holes. Then, the exhaust gas is jetted into the water as countless bubbles at the bottom of the exhaust gas purification tank 41, and is discharged outside through the water. Reference numeral 32 denotes an exhaust pipe provided at an upper part of the exhaust gas purifying device 40 and constituting a part of the exhaust gas passage 30, from which purified exhaust gas is discharged to the outside atmosphere.
[0032]
The exhaust gas purification tank 41 is provided with an electrode array 45 composed of a plurality of electrode plates including at least an electrode using a magnesium material, and is immersed in stored water. In the present embodiment, the electrode row 45 is arranged in the lateral direction in the exhaust gas purification tank 41, and a voltage application circuit section (a voltage application circuit) for applying a voltage is applied to both end electrodes arranged at both ends of the electrode row 45. (Application means) 46 is connected.
[0033]
Further, the exhaust gas purifying device 40 has a drain valve 49 for periodically discharging water from the bottom of the exhaust gas purifying tank 41 to the outside, and a water supply from the upper part of the exhaust gas purifying tank 41 to compensate for the amount of water reduced by drainage and evaporation. And a water supply valve 48 are provided. During operation of the exhaust gas purification device 40, control is performed so that the amount of water in which the electrode array 45 in the exhaust gas purification tank 41 is immersed is maintained.
[0034]
These devices are controlled by the control device 60 of the air conditioner 100. When an operation signal (and a set temperature signal, etc.) 61 is input from an operation panel (not shown), the engine 1, the four-way valve 4, the electronic expansion valve 6, An operation signal is output to a voltage application circuit section 46, a water supply valve 48, a drain valve 49, a three-way valve 52 and a brine circulating pump 55 described later.
[0035]
Next, the characteristic configuration of the present embodiment will be described. In the exhaust gas purifying tank 41 of the exhaust gas purifying device 40, a heat recovery coil 51 formed by coiling a copper tube or the like having a high thermal conductivity as a heat recovery means is disposed. A brine-refrigerant heater 54 is provided in the refrigeration cycle 10 from the evaporator 7 to the compressor 2 during heating. The brine-refrigerant heater 54 is disposed upstream of the coolant / refrigerant heater 8 in the refrigerant flow.
[0036]
And, a brine circuit 50 for circulating brine (heat exchange medium) such as antifreeze between the heat recovery coil 51 and the brine-refrigerant heater 54 is provided. Further, a radiator 53 and an electric three-way valve 52 as flow path switching means for switching between flowing the brine from the heat recovery coil 51 to the brine-refrigerant heater 54 or the radiator 53 are provided in the brine circuit 50. I have.
[0037]
The brine circuit 50 recovers heat by warming the brine flowing through the heat recovery coil 51 with the water in the exhaust gas purifying tank 41 heated by the heat of the exhaust gas. The circuit includes a circuit (circuit A) returning to the recovery coil 51 and a circuit (circuit B) returning to the heat recovery coil 51 after the refrigerant is heated by the brine-refrigerant heater 54.
[0038]
The brine circuit 50 has a brine circulating pump 55 as a circulating drive source, and controls the electric three-way valve 52 so that cooling water flows through the former circuit A during cooling of the air conditioner 100 and through the latter circuit B during heating. It is supposed to.
[0039]
Next, the operation of the present embodiment will be described based on the above configuration. First, the operation of the heat pump device 100 will be described, but the operation will be briefly described since it is known.
[0040]
During cooling: When the cooling switch on the operation panel is activated, the four-way valve 4 is switched to the cooling side (broken line), and the refrigerant flows as shown by the broken arrow in FIG. That is, the high-temperature gas refrigerant that has exited the compressor 2 flows sequentially through the four-way valve 4, the cooling water-refrigerant heater 8, and the brine-refrigerant heater 54, is radiated and condensed by the outdoor heat exchanger 7, and is decompressed by the expansion valve 6. Then, the heat is absorbed and evaporated in the indoor heat exchanger 5 to perform cooling. Thereafter, the gas passes through the four-way valve 4 again, is separated into gas and liquid by the accumulator 9, and returns to the compressor 2 again.
[0041]
At this time, in the cooling water circuit 20, the cooling water flows through the circuit 1. That is, the cooling water leaving the engine 1 passes through the heat exchanger 11, the thermostat 12, and the radiator 13, and returns to the engine 1 again. In the brine circuit 50, cooling water flows through the circuit A. That is, the heat is recovered by the heat recovery coil 51, the heat is radiated by the radiator 53, and the heat returns to the heat recovery coil 51.
[0042]
During heating: When the heating switch on the operation panel is activated, the four-way valve 4 is switched to the heating side (solid line), and the refrigerant flows as shown by the solid arrow in FIG. That is, the high-temperature gas refrigerant that has exited the compressor 2 passes through the four-way valve 4 and is radiated and condensed in the indoor heat exchanger 5 to perform heating.
[0043]
The high-temperature liquid refrigerant that has exited the indoor heat exchanger 5 is decompressed by the expansion valve 6 and heat-exchanges with the air (heat-absorbing outside air) in the outdoor heat exchanger 7 to evaporate. Further, in the brine-refrigerant heater 54 and the cooling water-refrigerant heater 8, the heat of the exhaust gas is exchanged with the recovered brine or cooling water to evaporate. After that, it passes through the four-way valve 4 again and returns from the accumulator 9 to the compressor 2.
[0044]
At this time, in the cooling water circuit 20, the cooling water flows through the circuit 2. That is, the cooling water leaving the engine 1 passes through the heat exchanger 11 and the thermostat 12, flows to the cooling water-refrigerant heater 8, and exchanges heat with the refrigerant as described above. Return. In the brine circuit 50, cooling water flows through the circuit B. That is, the heat is recovered by the heat recovery coil 51, the heat is heated by the brine-refrigerant heater 54, and then the heat is returned to the heat recovery coil 51.
[0045]
Next, the operation of the exhaust gas purification device 40 accompanying the operation of the air conditioner 100 will be described. Exhaust gas generated during the explosion stroke of the engine 1 is sent from the exhaust port of the engine 1 to the heat exchanger 11 through the exhaust gas passage 30. The exhaust gas heat recovered by the cooling water in the heat exchanger 11 enters the exhaust gas purification device 40, and is jetted into the water in the form of countless bubbles from the nozzle 31 at the bottom of the exhaust gas purification tank 41.
[0046]
At this time, the nitrogen oxide NOx and the sulfur oxide SOx contained in the exhaust gas can be removed by being dissolved in the water by passing the exhaust gas through the water. The exhaust gas purified through the water is discharged from the exhaust pipe 32 to the outside atmosphere.
[0047]
On the other hand, the water stored in the exhaust gas purifying tank 41 becomes acidic due to the dissolution of the nitrogen oxides NOx and the sulfur oxides SOx. A voltage is applied to the acidic water from both electrodes of the electrode array 45. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an electrolytic reaction in the exhaust gas purification tank 41, and FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating switching of polarities in the voltage application circuit unit 46.
[0048]
As shown in FIG. 3, the voltage application circuit 46 serving as a voltage application unit applies a positive voltage (+ Vo) to one electrode 45a and applies a negative voltage (-Vo) to the other electrode 45c. Alternating between the first energizing mode (t seconds) and the second energizing mode (t seconds) in which a negative voltage (-Vo) is applied to the electrode 45a at one end and a positive voltage (+ Vo) is applied to the electrode 45c at the other end. Is applied to switch the polarity.
[0049]
The voltage applied to the both-end electrodes 45a and 45c is adjusted by the control device 60 so that the current flowing in the exhaust gas purification tank 41 becomes a predetermined value. This voltage application is performed while the engine 1 is in operation. When a voltage is applied between the two electrodes 45a and 45c, a current flows between the electrode plates 45a to 45c, and the acidic water is electrolyzed as shown below. You.
[0050]
Incidentally, the polarity of the voltage applied between the both-end electrodes 45a and 45c will be described below for convenience of explanation when the one end electrode 45a has a high potential side polarity and the other end electrode 45c has a low potential side polarity. Is shown. With reference to FIG. 2, an electrolytic reaction that occurs in each of the intermediate electrodes 45 b when a potential difference that is substantially half the potential difference between the two end electrodes 45 a and 45 c occurs between the electrodes will be described.
[0051]
Mg is charged from the high potential charged side of each of the electrode plates 45a to 45c.2+The ions dissolve, and as shown by the following chemical formula (1),2+Ion is OH―Reacts with Mg (OH)2Is generated, and as shown in chemical formulas (2) to (5), HNO contained in the acidic water3And H2SO4And Mg and Mg (OH)2React with 3Mg (NO3)2And MgSO4A substance that is easily soluble in water, such as water, is generated and mixed with water, so that the acidic water in the exhaust gas purification tank 41 is reformed to be neutral or alkaline.
[0052]
Embedded image Mg2++ 2OH―→ Mg (OH)2
[0053]
Embedded image 3Mg + 8HNO3→ 3Mg (NO3)2+ 2NO + 4H2O
[0054]
Embedded image Mg + H2SO4→ MgSO4+ H2
[0055]
## STR4 ## Mg (OH)2+ 2HNO3→ Mg (NO3)2+ 2H2O
[0056]
Embedded image Mg (OH)2+ 2H2SO4→ MgSO4+ 2H2O
As a result, the inside of the exhaust gas purifying tank 41 is always neutralized and does not become excessively acidic, and a state in which the nitrogen oxide NOx and the sulfur oxide SOx are easily dissolved is maintained. On the other side charged to a low potential, hydrogen ions 2H+Receives electrons and generates hydrogen gas H2A reaction has occurred. The hydrogen gas H generated on the low potential side2Is open to the atmosphere. By the way, when the polarities of the electrodes 45a and 45c are reversed, the side where the reaction represented by the chemical formulas (1) to (5) occurs and the hydrogen ion 2H+Receives electrons and generates hydrogen gas H2The side where the reaction occurs becomes inverted.
[0057]
Also, from the side charged with high potential, Mg2+As the ions dissolve, magnesium in each of the electrode plates 45a to 45c is consumed. In the present embodiment, by alternately switching between the first energizing mode and the second energizing mode and energizing, both surfaces of each of the electrode plates 45a to 45c are melted alternately, so that they are consumed evenly. When the operation switch on the operation panel is turned off, the operation of the engine 1 and the exhaust gas purification device 40 is stopped from the control device 60 of the air conditioner 100.
[0058]
Next, features of the present embodiment will be described. The heat recovery coil 51 in the exhaust gas purifying tank 41 of the exhaust gas purifying device 40, the brine-refrigerant heater 54 during the refrigeration cycle 10 from the evaporator 7 to the compressor 2, the heat recovery coil 51 and the brine-refrigerant heating. A brine circuit 50 for circulating brine between the heater 54 and a brine-refrigerant heater using the brine recovered by the heat recovery coil 51 from the water in the exhaust gas purification tank 41 heated by the heat of the exhaust gas. At 54, the refrigerant is heated.
[0059]
Thereby, heat can be recovered from the water heated by the exhaust gas in the exhaust gas purification device 40, and the recovered heat can be used for heating the refrigerant, thereby improving the heating capacity in the refrigeration cycle. In general, when the water temperature rises, the solubility of the gas decreases. Therefore, when the water temperature in the exhaust gas purification tank 41 rises, the solubility of nitrogen oxides NOx and sulfur oxides SOx also decreases. The rise in water temperature in the septic tank 41 is suppressed, and the efficiency of removing the harmful components can be maintained in a good state.
[0060]
Further, the brine circuit 50 is provided with a radiator 53 and an electromagnetic three-way valve 52 for switching between flowing the brine from the heat recovery coil 51 to the brine-refrigerant heater 54 and the radiator 53. Thus, even when the refrigeration cycle 10 is used for cooling, heat is recovered from the water in the exhaust gas purification tank 41 and the recovered heat is radiated by the radiator 53 to raise the water temperature in the exhaust gas purification tank 41. And the efficiency of removing the harmful components can always be maintained in a good state.
[0061]
Further, in an engine-driven refrigeration cycle apparatus having a cooling water-refrigerant heater 8 that heats a refrigerant with cooling water heated by exhaust heat of the engine 1 in the middle of the cooling water circuit 20 of the engine 1, cooling water-refrigerant heating is performed. A brine-refrigerant heater 54 is disposed upstream of the refrigerant flow of the vessel 8.
[0062]
This is because the water heated by the exhaust gas does not become as high in temperature as the engine cooling water, and the low-temperature refrigerant coming out of the evaporator 7 is firstly recovered with medium-temperature brine recovered from the exhaust gas. By heating and then heating with high-temperature cooling water recovered from the engine, the refrigerant can be efficiently heated.
[0063]
(2nd Embodiment)
FIG. 4 is a schematic diagram showing an overall configuration of an exhaust gas purification device and an engine-driven heat pump air conditioner according to a second embodiment of the present invention. It differs from the first embodiment only in the configuration of the circuit for heating the refrigerant.
[0064]
More specifically, as in the first embodiment, a cooling water-refrigerant heater 8 that heats a refrigerant with cooling water heated by exhaust heat of the engine 1 is provided in the cooling water circuit 20 of the engine 1. The heat recovery coil 51 provided in the exhaust gas purifying tank 41 of the exhaust gas purifying device 40 is connected to the cooling water circuit 20 so that the engine cooling water is heated by the water in the exhaust gas purifying tank 41 heated by the heat of the exhaust gas. It was made.
[0065]
Thereby, similarly to the first embodiment, heat is recovered from water heated by the exhaust gas in the exhaust gas purification device 40, and the recovered heat is used for refrigerant heating in the cooling water-refrigerant heater 8. Thereby, the heating capacity in the refrigeration cycle can be improved. Further, by recovering heat, an increase in the water temperature in the exhaust gas purification tank 41 is suppressed, and the efficiency of removing harmful components can be maintained in a good state.
[0066]
Further, since the heat recovery coil 51 is added to the cooling water circuit 20 provided with the cooling water-refrigerant heater 8 for heating the refrigerant with the cooling water heated by the exhaust heat of the conventional engine 1, the first embodiment The brine-refrigerant heater 54 and the pump 55 for circulating the brine therethrough are not required, and the same effect can be obtained with a simple configuration.
[0067]
Further, the heat recovery coil 51 is disposed in the cooling water circuit 20 from the cooling water-refrigerant heater 8 to the engine 1. This is because, similarly to the first embodiment, the water heated by the exhaust gas does not become as high in temperature as the cooling water after passing through the engine 1. On the other hand, first, the preliminary heating is performed by using the middle temperature water in the exhaust gas purifying tank 41 heated by the heat of the exhaust gas, and then the heat is recovered from the engine 1, whereby the cooling water can be efficiently heated. In terms of the cooling effect, cooling of the water in the exhaust gas purification tank 41 and cooling of the engine 1 can both be achieved.
[0068]
(Third embodiment)
FIG. 5 is a schematic diagram showing an overall configuration of an exhaust gas purification device and an engine driven heat pump air conditioner according to a third embodiment of the present invention. The only difference is that the cooling water circuit 20 of the second embodiment is provided with an on-off valve (flow interrupting means) 22 for interrupting the flow of the cooling water to the heat recovery coil 51. In the exhaust gas purifying tank 41, a temperature sensor 56 for detecting a water temperature, and a cooling water-coolant heater 8 downstream of the cooling water of the cooling water-refrigerant heater 8, a cooling water-refrigerant heater 8 for exchanging heat with a cooling water temperature. A temperature sensor (not shown) for detecting is provided, and each of them is inputted to the control device 60.
[0069]
Thereby, the temperature of the water in the exhaust gas purification tank 41 becomes higher than the temperature of the cooling water coming out of the cooling water-refrigerant heater 8, and the water in the exhaust gas purification tank 41 is cooled by heating the cooling water. The cooling water can be circulated to the heat recovery coil 51 only at the time.
[0070]
This is because even if the refrigeration cycle 10 is used for cooling, if the temperature of the water in the exhaust gas purification tank 41 is higher than the temperature of the cooling water coming out of the cooling water-refrigerant heater 8, the heat recovery coil By circulating the cooling water to 51, an increase in the water temperature in the exhaust gas purification tank 41 is suppressed, and the efficiency of removing harmful components can be always maintained in a good state.
[0071]
Note that the flow interrupting means is not limited to the on-off valve 22, but may be a valve or the like that can change the flow ratio between the engine 1 and the heat recovery coil 51. Although the return circuit from the heat recovery coil 51 is connected to the cooling water outlet side of the engine 1, it may be connected to the cooling water inlet side.
[0072]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, an example of a water-cooled engine has been described. However, an engine having no cooling water circuit, for example, an air-cooled engine may be used. Further, in the above-described embodiment, the exhaust gas purifying device 40 is controlled to operate simultaneously with the engine 1. However, for example, a pH sensor is provided in the exhaust gas purifying tank 41 to detect the pH value of water, and based on the detected value, Thus, the operation of the exhaust gas purification device 40 and the voltage application condition may be varied.
[0073]
Further, an oxidation catalyst such as a Pt catalyst may be disposed in a stage preceding the exhaust gas purification device 40. This is because NOx generally discharged from the engine 1 is mainly composed of NO and NO.2However, it is NO2It is. NO is positively converted to NO by using an oxidation catalyst.2Therefore, the effect of removing NOx in the exhaust gas purification tank 41 can be enhanced. In addition, using an oxidation catalyst also has the effect of reducing harmful substances such as CO and HC.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an exhaust gas purification device and an engine-driven heat pump air conditioner according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an electrolytic reaction in an exhaust gas purification tank.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating polarity switching in a voltage application circuit unit.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of an exhaust gas purification device and an engine-driven heat pump air conditioner according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an overall configuration of an exhaust gas purification device and an engine-driven heat pump air conditioner according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 engine
2 compressor
5 Indoor heat exchanger (condenser)
6 expansion valve (pressure reducing means)
7 Outdoor heat exchanger (evaporator)
8 Cooling water-refrigerant heater
10 refrigeration cycle
20 cooling water circuit
22 open / close valve (meaning intermittent flow)
30mm exhaust gas passage
40 exhaust gas purifier
41 exhaust gas purification tank
50 brine circuit
51 Heat recovery coil (heat recovery means)
52 three-way valve (channel switching means)
53 radiator
54 brine-refrigerant heater

Claims (6)

冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２）、前記冷媒を凝縮させる凝縮器（５）、前記冷媒を減圧する減圧手段（６）、前記冷媒を蒸発させる蒸発器（７）を環状に接続して形成した冷凍サイクル（１０）と、
前記圧縮機（２）を駆動するエンジン（１）と、
前記エンジン（１）で発生する排気ガスを外部へ排出するための排気ガス通路（３０）に設けられ、前記排気ガスを水中に通して前記排気ガス中の有害成分を水に溶かして除去する排気ガス浄化装置（４０）とを備えるエンジン駆動式冷凍サイクル装置において、
前記排気ガス浄化装置（４０）の排気浄化槽（４１）内に熱回収手段（５１）と、前記蒸発器（７）から前記圧縮機（２）に至るまでの前記冷凍サイクル（１０）中にブライン−冷媒加熱器（５４）と、前記熱回収手段（５１）と前記ブライン−冷媒加熱器（５４）との間でブラインを循環させるブライン回路（５０）とを設け、前記排気ガスの熱によって暖められた前記排気浄化槽（４１）内の水から前記熱回収手段（５１）にて熱回収した前記ブラインを用いて前記ブライン−冷媒加熱器（５４）にて前記冷媒を加熱することを特徴とするエンジン駆動式冷凍サイクル装置。A compressor (2) for compressing and discharging the refrigerant, a condenser (5) for condensing the refrigerant, a pressure reducing means (6) for depressurizing the refrigerant, and an evaporator (7) for evaporating the refrigerant are connected in a ring shape. A refrigeration cycle (10) formed by
An engine (1) for driving the compressor (2);
Exhaust gas is provided in an exhaust gas passage (30) for exhausting exhaust gas generated in the engine (1) to the outside, and the exhaust gas is passed through water to dissolve and remove harmful components in the exhaust gas in water. An engine-driven refrigeration cycle device including a gas purification device (40);
Heat recovery means (51) is provided in an exhaust gas purifying tank (41) of the exhaust gas purifying device (40), and brine is provided in the refrigeration cycle (10) from the evaporator (7) to the compressor (2). A refrigerant heater (54) and a brine circuit (50) for circulating brine between the heat recovery means (51) and the brine-refrigerant heater (54), and warming with the heat of the exhaust gas. The refrigerant is heated by the brine-refrigerant heater (54) using the brine recovered by the heat recovery means (51) from the water in the exhaust gas purification tank (41). Engine driven refrigeration cycle device. 前記ブライン回路（５０）に放熱器（５３）と、前記熱回収手段（５１）からの前記ブラインを前記ブライン−冷媒加熱器（５４）に流すか前記放熱器（５３）に流すかを切り換える流路切換手段（５２）とを設けたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン駆動式冷凍サイクル装置。A radiator (53) for the brine circuit (50), and a flow for switching between flowing the brine from the heat recovery means (51) to the brine-refrigerant heater (54) or the radiator (53). The engine-driven refrigeration cycle apparatus according to claim 1, further comprising a road switching means (52). 前記エンジン（１）の冷却水回路（２０）途中に、前記エンジン（１）の排熱によって暖められた冷却水で前記冷媒を加熱する冷却水−冷媒加熱器（８）を有するエンジン駆動式冷凍サイクル装置において、前記冷却水−冷媒加熱器（８）の冷媒流れ上流に前記ブライン−冷媒加熱器（５４）を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン駆動式冷凍サイクル装置。An engine-driven refrigeration system having a cooling water-refrigerant heater (8) in the cooling water circuit (20) of the engine (1) for heating the refrigerant with cooling water heated by exhaust heat of the engine (1). The engine-driven refrigeration according to claim 1 or 2, wherein in the cycle device, the brine-refrigerant heater (54) is disposed upstream of the refrigerant flow of the coolant / refrigerant heater (8). Cycle equipment. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２）、前記冷媒を凝縮させる凝縮器（５）、前記冷媒を減圧する減圧手段（６）、前記冷媒を蒸発させる蒸発器（７）を環状に接続して形成した冷凍サイクル（１０）と、
前記圧縮機（２）を駆動するエンジン（１）と、
前記エンジン（１）の冷却水回路（２０）途中に、前記エンジン（１）の排熱によって暖められた冷却水で前記冷媒を加熱する冷却水−冷媒加熱器（８）と、
前記エンジン（１）で発生する排気ガスを外部へ排出するための排気ガス通路（３０）に設けられ、前記排気ガスを水中に通して前記排気ガス中の有害成分を水に溶かして除去する排気ガス浄化装置（４０）とを備えるエンジン駆動式冷凍サイクル装置において、
前記排気ガス浄化装置（４０）の排気浄化槽（４１）内に熱回収手段（５１）を設け、前記熱回収手段（５１）を前記冷却水回路（２０）中に接続し、前記排気ガスの熱によって暖められた前記排気浄化槽（４１）内の水で前記冷却水を加熱することを特徴とするエンジン駆動式冷凍サイクル装置。A compressor (2) for compressing and discharging the refrigerant, a condenser (5) for condensing the refrigerant, a pressure reducing means (6) for depressurizing the refrigerant, and an evaporator (7) for evaporating the refrigerant are connected in a ring shape. A refrigeration cycle (10) formed by
An engine (1) for driving the compressor (2);
A cooling water-refrigerant heater (8) that heats the refrigerant with cooling water warmed by exhaust heat of the engine (1) in the middle of a cooling water circuit (20) of the engine (1);
Exhaust gas is provided in an exhaust gas passage (30) for exhausting exhaust gas generated in the engine (1) to the outside, and the exhaust gas is passed through water to dissolve and remove harmful components in the exhaust gas in water. An engine-driven refrigeration cycle device including a gas purification device (40);
A heat recovery means (51) is provided in an exhaust gas purification tank (41) of the exhaust gas purification device (40), and the heat recovery means (51) is connected to the cooling water circuit (20), and heat of the exhaust gas is An engine-driven refrigeration cycle apparatus, wherein the cooling water is heated by the water in the exhaust gas purification tank (41) warmed by the cooling water. 前記熱回収手段（５１）を、前記冷却水−冷媒加熱器（８）から前記エンジン（１）に至るまでの前記冷却水回路（２０）中に配置したことを特徴とする請求項４に記載のエンジン駆動式冷凍サイクル装置。The heat recovery means (51) is arranged in the cooling water circuit (20) from the cooling water-refrigerant heater (8) to the engine (1). Engine-driven refrigeration cycle device. 前記冷却水回路（２０）に、前記熱回収手段（５１）への前記冷却水の流通を断続する流通断続手段（２２）を設けたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のエンジン駆動式冷凍サイクル装置。The cooling water circuit (20) is provided with a flow interrupting means (22) for interrupting the flow of the cooling water to the heat recovery means (51). Engine driven refrigeration cycle device.
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