JP2004190997A - 熱回収システム、および、排気ガス熱交換器、並びに、この排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置 - Google Patents
熱回収システム、および、排気ガス熱交換器、並びに、この排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】安全、かつ、安価で組立て作業性が良く、さらに環境問題に配慮された熱回収システム、および、排ガス熱交換器、並びに、この排ガス熱交換器を備えた冷凍装置を提供する。
【解決手段】排気ガス熱交換器１を外筒１０と、内筒１１とからなる２重筒とし、内筒１１内の両端部へ、それぞれ前記冷却水ｓのみが流通する冷却水流通部１８ａ、１８ｂを設け、冷却水流通部１８ａ、１８ｂの間に熱交換部１７を設ける。そして、外筒１０を、熱交換部１７の外周を覆い、冷却水流通部１８ａ、１８ｂまで延びる筒として、冷却水流通部１８ａ、１８ｂが納められた内筒１１上へ固定するとともに、外筒１０と内筒１１との間に形成される環状空間２６を通風路とし、空気入口管２７から導入される空気を環状空間２６を経由して空気出口管２８へと流通させる。
【選択図】 図３
【解決手段】排気ガス熱交換器１を外筒１０と、内筒１１とからなる２重筒とし、内筒１１内の両端部へ、それぞれ前記冷却水ｓのみが流通する冷却水流通部１８ａ、１８ｂを設け、冷却水流通部１８ａ、１８ｂの間に熱交換部１７を設ける。そして、外筒１０を、熱交換部１７の外周を覆い、冷却水流通部１８ａ、１８ｂまで延びる筒として、冷却水流通部１８ａ、１８ｂが納められた内筒１１上へ固定するとともに、外筒１０と内筒１１との間に形成される環状空間２６を通風路とし、空気入口管２７から導入される空気を環状空間２６を経由して空気出口管２８へと流通させる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
内燃機関から排出される排気ガスの熱を、該内燃機関を冷却する冷却水に回収させる熱回収システム、および、排気ガス熱交換器、並びに、この排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでのガスエンジンヒートポンプなど、内燃機関の駆動力で圧縮機を駆動する冷凍装置では、圧縮機を駆動する前記内燃機関を備え、この内燃機関から排出される排気ガスの熱を熱回収システムで前記内燃機関の冷却を行う冷却水へと熱回収させて大気へと排出している。この熱回収システムは、主に排気ガス熱交換器により構成されている。
【０００３】
この排気ガス熱交換器は、内筒および外筒から成る２重管構造をし、前記外筒へは、前記内燃機関を冷却する冷却水が、流通するための冷却水入口管と、冷却水出口管とが設けられ、前記内筒へは、前記内燃機関から排出された排気ガスが流通するための排気ガス入口管と、排気ガス出口管とが前記外筒を貫通して設けられている。
【０００４】
前記内筒の延伸方向のそれぞれの両端部には、側板が液密に溶接されて設けられており、前記内筒の内部には、前記排気ガスと前記冷却水との熱交換を行わせる熱交換部が設けられている。この熱交換部には、前記排気ガス入口管より導入された前記排気ガスが、この熱交換部内をジグザグに流通する様、前記内管内へ互い違いに連通口を形成する複数枚の仕切板と、これら仕切板を貫通して前記側板上に開口させた複数本の熱交パイプとが備えられている。
【０００５】
前記外筒の延伸方向のそれぞれの両端部には、側板が液密に溶接されて設けられており、この外筒は、前記内筒全体を覆う様に設けられている。
【０００６】
そして、前記外筒と前記内筒との間には、前記冷却水を流通させる環状空間が形成されており、前記冷却水は、前記冷却水入口管より前記外筒と前記内筒との間に形成された環状空間へ流入して、前記内筒の外周面に接しながら流通するとともに、前記熱交パイプの内周にも接しながら流通して前記冷却水出口管より流出し、前記内燃機関の冷却水路系を循環するものとなっている。
【０００７】
また、前記内燃機関から排出された前記排気ガスは、前記排気ガス入口管より、前記内筒内の前記熱交換部へと侵入し、この熱交換部の外壁となる前記内筒の内周および前記熱交パイプの外周に接しながら、前記連通口に沿って、ジグザグに流通し、前記排気ガス出口管より導出されている。
【０００８】
これにより、前記排気ガスの熱は、前記熱交換部を介して前記冷却水へと回収され、前記排気ガスの温度は低下させられるものとなっている。
【０００９】
さらに、この排気ガス熱交換器を、前記外筒と前記内筒との間へ前記冷却水を流通させる構造とすることにより、この冷凍装置のメンテナンス作業などを行なう作業者が、誤って前記熱交換部に触れてしまう危険を防止していた。（特許文献１参照）
また、前記熱交パイプ内に乱流促進板を設けて前記冷却水を流通させ、前記熱交換部内の前記熱交パイプ外周へルーバや、スリットなどを設けた仕切板を設けて前記排気ガスを流通させて、前記熱交換部での前記排気ガスと、前記冷却水との熱交換効率を向上させて小型化したものもある。（特許文献２参照）
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−４９５３４（第３−４頁、第１図）
【００１１】
【特許文献２】
特開２００１−６５３３９（第４頁、第７図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記排気ガス熱交換器の前記胴部は、上述の様に、外筒および内筒からなる２重構造となっており、前記外筒と前記内筒とで形成される前記環状空間には、前記内燃機関を冷却する前記冷却水を流通させていることから、前記外筒からその外部への前記冷却水の漏洩、および、前記内筒内の前記熱交換部への前記冷却水の漏洩を防ぐ必要があるため、前記環状空間の前記内筒側および前記外筒側のそれぞれを液密構造としなければならず、このため、十分な溶接などを行なって組立てる必要があった。
【００１３】
さらに、前記内筒は、５００℃から６００℃程度となる前記排気ガスと、８０℃前後となる前記冷却水とに接するため、この排気ガス熱交換器の前記内筒および前記外筒の組立て作業においては、高度な溶接技術が要求されるものとなっていた。
【００１４】
このため、前記排気ガス熱交換器の組立てについては、非常に難しく手間がかかり、コストもかかるものとなっていた。
【００１５】
また、これまでの排気ガス熱交換器では、前記排気ガスの熱は、上記説明の様に前記冷却水へと回収できるものの、前記排気ガスに含まれる臭気成分は、そのまま大気へと排出されてしまっていた。
【００１６】
このことより、本願発明の目的は、安全、かつ、安価で組立て作業性が良く、さらに環境問題に配慮された熱回収システム、および、排ガス熱交換器、並びに、この排ガス熱交換器を備えた冷凍装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、負荷を駆動する内燃機関と、この内燃機関から排出される排気ガスと該内燃機関を冷却する冷却水との間で熱交換して前記排気ガスの熱を回収する排気ガス熱交換器とを備えた熱回収システムにおいて、前記排気ガス熱交換器が外筒および内筒からなる２重管構造を備え、前記内筒内に前記排気ガスと前記冷却水との熱交換部を備え、前記内筒と前記外筒との間へ通風路を設けて、この通風路へ前記内燃機関の回転に連動して駆動される送風機により送風された空気を通風させたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、内筒の外周上へ、間隔を有して外筒を備える２重筒の胴部を備え、前記内筒内へ内燃機関から排出される排気ガスと前記内燃機関を冷却する冷却水との熱交換を行わせる熱交換部を収納して、前記排気ガスの温度を低下させる排気ガス熱交換器において、前記熱交換部を収納した前記内筒内の両端部へ、それぞれ前記冷却水のみを流通させる冷却水流通部を設け、前記外筒と前記内筒との間に通風路を設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のものにおいて、前記外筒は、空気を導入する空気入口管と前記空気を導出する空気出口管とを備えるとともに、少なくとも前記熱交換部を収納した前記内筒の外周上を覆うものとして設け、前記外筒の両端部は、前記冷却水流通部を収納した前記内筒の外周上へそれぞれ固定したことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のものにおいて、前記空気入口管を、前記外筒の外周面に接し、前記外筒の延伸方向と直交する接線方向へ延びる管として前記外筒の一端部付近へ設け、前記空気出口管を、前記外筒の外周面に直立する管として前記外筒の他端部付近へ設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載のものにおいて、前記空気出口管は、外管および内管からなる２重管とし、前記外管の開口部に対し、前記内管の開口部を突出させて設け、前記内管を前記熱交換部より延びるものとして前記内管内から前記排気ガスを導出させ、前記内管と前記外管との間から前記通風路を流通した前記空気を導出させたことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載のものにおいて、前記空気出口管は、前記外筒を貫通し、前記熱交換部から延び、前記熱交換部で熱交換された前記排気ガスが排出される排気ガス出口管と隣接して設けたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、内燃機関で圧縮機を駆動し、冷媒を循環させて冷房や冷凍などを行なうとともに、前記内燃機関から排出される排気ガスを、外筒および内筒の２重筒の胴部を有し、前記内筒内に備えられた熱交換部で、前記内燃機関を冷却する冷却水と熱交換させ、前記排気ガスの温度を低下させて大気へ排出する排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置において、前記排気ガス熱交換器を、前記熱交換部が収納された前記内筒内の両端部へ、それぞれ前記冷却水のみを流通させる冷却水流通部を設け、前記外筒と、前記内筒との間に通風路を設けた構成とし、前記外筒へ空気入口管と、空気出口管とを設け、前記空気入口管から導入された空気を、前記空気出口管より該排気ガス熱交換器の後段に接続される排気管へ混入させて前記排気ガスを希釈し、前記大気へと排出させたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のものにおいて、前記通風路を流通する前記空気を、前記内燃機関で駆動される送風機、或いは、前記内燃機関以外の駆動力で駆動される送風機の少なくともいずれかの送風機により、前記空気入口管より導入されるものとしたことを特徴とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本願発明による排気ガス熱交換器１を備えた内燃機関２の熱回収システム１００について示したブロック図である。
【００２７】
この熱回収システム１００は、内燃機関２と、この内燃機関２から排出される排気ガスｇと、内燃機関２を冷却する冷却水ｓとの熱交換を行なわせ、前記排気ガスｇからの熱回収を行なわせる排気ガス熱交換器１とから構成されている。
【００２８】
内燃機関２から排出された排気ガスｇは、排気枝管３を経由して浄化装置４へと流入し、前記排気ガスｇに含まれる有害物質の浄化が行われ、本願発明による熱回収システム１００で、前記排気ガスｇの熱が回収され、大気へと排出されていた。
【００２９】
内燃機関２から排出された排気ガスｇは、図１の実線矢印に示す様に、排気枝管３を経由して浄化装置４へと流入し、前記排気ガスｇに含まれる有害物質の浄化が行われ、排気ガス熱交換器１で、内燃機関２を冷却する冷却水ｓとの熱交換が行なわれて、前記排気ガスｇの温度が低下させられるものとなっている。
【００３０】
そして、消音器５で、排気のドラフト音などの消音が行われ、排気トップ６より、大気へと排出されている。
【００３１】
また、前記冷却水ｓは、冷却水ポンプ７と、三方弁８と、放熱器９とを接続して構成される冷却水路Ｒを循環するものとなっている。
【００３２】
この排気ガス熱交換器１は、例えば、円柱形状をしており、図２、および、図３に示す様に、主に、外筒１０と、内筒１１と、冷却水入口管２２を備えた側壁板１２と、冷却水出口管２３を備えた側壁板１３とにより構成されており、側壁板１２、１３は、内筒１１の延伸方向の両端部へ、漏水が無い様、それぞれ溶接されて固定されている。
【００３３】
内筒１１内の両端部付近には、それぞれ間板１４ａと、１４ｂとが液密に設けられ、これら間板１４ａと、１４ｂとの間には、熱交パイプ１５と、仕切板１６とを備えた熱交換部１７が設けられている。また、側壁板１２と、間板１４ａとの間、および、側壁板１３と、間板１４ｂとの間には、それぞれ冷却水流通部１８ａ、１８ｂが設けられている。
【００３４】
仕切板１６は、熱交換部１７内を分割するためのものでは無く、前記排気ガスｇから前記冷却水ｓへの熱交換効率を向上させるため、この熱交換部１７内での前記排気ガスｇの流路を長くする様設けられているもので、仕切板１６と、内筒１１との内壁には、互い違いに排気ガスｇの流通口１９が形成されている。
【００３５】
そして、この熱交換部１７には、その両端に配置された冷却水流通部１８ａ、１８ｂを連通させる様、複数本の熱交パイプ１５が、仕切板１６、および、間板１４ａ、１４ｂを貫通して液密に設けられおり、外筒１０を貫通して、熱交換部１７から延びる排気ガス入口管２０が、この熱交換部１７の冷却水流通部１８ｂ寄りの内筒１１上へ、排気ガス出口管２１が、冷却水流通部１８ａ寄りの内筒１１上へ、それぞれ設けられている。さらに、排気ガス出口管２１付近の熱交換部１７内の最底部には、ドレン排水管２５が、外筒１０を貫通して設けられており、熱交換部１７内で結露した前記排気ガスｇ中に含まれる水分をドレン水として排水できるものとなっている。
【００３６】
内筒１１の外周には、熱交換部１７上を覆い、その両端が、冷却水流通部１８ａおよび１８ｂまで達する外筒１０が設けられており、この外筒１０の両端部は、それぞれ端板２４で、内筒１１の冷却水流通部１８ａ、１８ｂが収納された外周上の位置へ固定され、外筒１０の内周と内筒１１の外周との間には、環状空間２６（通風路）が形成されている。
【００３７】
そして、この外筒１０には、空気入口管２７と、空気出口管２８とが設けられ、環状空間２６は、空気入口管２７から流入した空気ａが、空気出口管２８へ流出するための通風路となっている。空気入口管２７は、外筒１０上の冷却水流通部１８ｂ寄りの端部付近で、この外筒１０の延伸方向と直交し、外筒１０の外周に接する線方向へ向けて設けられており、図３の実線矢印で示す様に、空気入口管２７から流入した前記空気aは、環状空間２６内を前記内筒１１の外周に沿って旋回しながら空気出口管２８へと向かい、内筒１１の外周表面を均等に空冷できるものとなっている。
【００３８】
空気出口管２８は、外筒１０上の冷却水流通部１８ａよりの端部付近で、この外筒１０の外周面へ直立して設けられており、その内部に上記排気ガス出口管２１を備えた２重管構造となっている。この排気ガス出口管２１の開口部は、空気出口管２８の開口部より突出して設けられ、この後段となる消音器５へは、この空気出口管２８が接続されるものとなっている。これにより、空気出口管２８から導出される前記空気ａはもちろんのこと、この空気出口管２８内に設けられた排気ガス出口管２１より導出される前記排気ガスｇも同様に、前記空気ａと混合され、消音器５を経由して前記大気へと排出される。また、排気ガス出口管２１と、空気出口管２８とを２重管とし、排気ガス出口管２１の開口部を空気出口管２８の開口部より突出させて設けている理由は、この空気出口管２８から導出される前記空気ａにより、空気出口管２８内に設けられた排気ガス出口管２１からの前記排気ガスｇの導出が促され易くするためでもある。
【００３９】
そして、内燃機関２が運転し、排気ガスｇが排出されると、前記排気ガスｇは、図４の破線矢印で示す様に、排気ガス入口管２１から熱交換部１７内へ流入し、この熱交換部１７内を仕切板１６によりジグザグに流通して、排気ガス出口管２１より排出されるものとなっている。これに対し、前記冷却水ｓは、図４の実線矢印で示す様に、冷却水入口管２２より冷却水流通部１８ａへと流入し、前記排気ガスｇの流通方向と対向する方向へと熱交パイプ１５内を流通して冷却水流通部１８ｂを経由し、冷却水出口管２３より流出するものとなっている。
【００４０】
これは、前記冷却水ｓの温度に対し、前記排気ガスｇの温度が高温であるため、この熱交換部１７内を流通することにより、一方の前記冷却水ｓの温度は、前記排気ガスｇからの熱回収を行ない上昇し、他方の前記排気ガスｇの温度は、前記冷却水ｓへの熱供給を行なって低下する訳であるが、例えば、前記排気ガスｇの流通方向と前記冷却水ｓの流通方向とを同じ方向とした場合、熱交換部１７の入口付近では、前記排気ガスｇと前記冷却水ｓとの温度差に大差があり、前記排気ガスｇから前記冷却水ｓへの熱回収が十分に行なえるものの、熱交換部１７の出口付近では、上述の様に、前記排気ガスｇの温度は低下し、前記冷却水ｓの温度は上昇してしまうことから、双方の温度差が小さくなり、十分な熱回収が行なえない様になり、熱交換部１７内での熱交換効率に不均衡が生じてしまうこととなる。また、熱交換部１７の入口付近では、前記排気ガスｇと、前記冷却水ｓとの温度差が大きいことから、それだけ熱影響を受けることになり、十分な強度を備えた構造とする必要がでてくる。
【００４１】
このため、前記排気ガスｇと前記冷却水ｓとの流通方向を、対向する方向として流通させ、熱交換部１７内を流通する前記排気ガスｇと前記冷却水ｓとの温度差が、ある程度保たれる様にすることにより、熱交換部１７全体での熱交換効率が改善されるとともに、前記排気ガスｇと前記冷却水ｓとの温度差を、なるべく小さい状態として熱交換を行なわせることができるため、熱交換部１７で受ける上記熱影響を最小限とすることができる。
【００４２】
また、外筒１０は、環状空間２６を有して熱交換部１７を覆い、内筒１１の冷却水流通部１８ａ、１８ｂが収納された外周上の位置へ固定されているため、熱交換部１７内を前記排気ガスｇが流通し、熱交換部１７が高温となっても、環状空間２６により外筒１０へは伝達されず、この外筒１０の温度は、冷却水流通部１８ａ、１８ｂから熱伝達される温度上昇に留まり、メンテナンスなどを行なう作業者が、熱交換部１７が内蔵された内筒１１へ直接触れてしまう危険を回避するとともに、外筒１０へ触れてしまっても、前記作業者が火傷などを負ってしまう様な危険性を回避することができる。
【００４３】
さらに、端板２４の内筒１１への組み付け、および、外筒１０の端板２４への組み付けは、上述の様に、外筒１０と内筒１１との間に形成される環状空間２６へ、前記空気ａを流通させているため、漏水の恐れが無いことから、スポット溶接や、ビス止めなど簡易的な組立て作業で済ませることができ、組立て作業性も容易となるためコストも軽減させることができる。
【００４４】
この様な、安全、かつ、安価で、組立て作業性の良い排気ガス熱交換器としては、図５に示す様に、上記説明した排気ガス熱交換器１の排気ガス出口管２１と、空気出口管２８とを隣接させて、それぞれ別途に設けたものとすることも可能である。但し、この排気ガス熱交換器４５の場合、排気ガス出口管２１から導出される前記排気ガスｇと、空気出口管２８から導出される前記空気ａとを、この排気ガス熱交換器４５の後段に接続される排気管上で混合させる様にすれば、上記説明の排気ガス熱交換器１と同様、排気ガス出口管２１からの前記排気ガスｇの導出を促すものとすることもできる。
【００４５】
次に、この排気ガス熱交換器１を備えた冷凍装置について説明する。
【００４６】
図６は、上記排気ガス熱交換器１を備えた冷凍装置５０について示したブロック図である。
【００４７】
冷凍装置５０は、例えば、熱源機５１と放熱器５２とを冷媒配管で接続して構成されており、熱源機５１には、燃料系５３と給気系５４と冷媒系５５と排気系５６と冷却系５７とが内蔵されている。
【００４８】
燃料系５３には、図示しない燃料遮断弁とゼロガバナとが備えられており、内燃機関２の運転能力に応じて、安定した燃料の供給を行なわせるとともに、内燃機関２の停止時、或いは、運転中の異常発生時には、内燃機関２へ供給する前記燃料を遮断できるものとしている。
【００４９】
給気系５４には、吸入した大気をろ過する図示しないろ過装置と前記燃料とを混合させ、混合ガスを生成する混合装置とが備えられており、内燃機関２の運転能力に応じた前記混合ガスの供給が行なえるものとなっている。
【００５０】
冷媒系５５には、圧縮機３１と四方弁３２と室外熱交換器３３と減圧弁３４とアキュームレータ３５とが冷媒配管で接続されて備えられるとともに、室外熱交換器３３への送風を行なう冷媒送風機３６が備えられている。四方弁３２は、後述する放熱器５２の運転状態により圧縮機３１で圧縮された冷媒の循環方向を反転するものとなっており、例えば、放熱器５２が冷房、或いは、冷凍冷蔵を行なうものであれば、圧縮機３１で圧縮された冷媒は、四方弁３２を経由して室外熱交換器３３で、冷媒送風機３６からの送風を受けて大気への放熱を行ない、減圧弁３４で減圧され、放熱器５２を流通して、再度、四方弁３２を経由し、アキュームレータ３５へと戻る順路で循環する。また、例えば、放熱器５２が暖房、或いは、加温を行なうものであれば、圧縮機３１で圧縮された前記冷媒は、四方弁３２を経由して放熱器５２を流通し、減圧弁３４を経由して室外熱交換器３３で、冷媒送風機３６からの送風を受けて大気からの吸熱を行ない、再度、四方弁３２を経由し、アキュームレータ３５へと戻る順路で循環する。
【００５１】
この圧縮機３１は、内燃機関２の駆動力により駆動される圧縮機で、該内燃機関２の駆動軸の一端に接続されており、この駆動軸の他端には、ファン３０が取り付けられている。
【００５２】
排気系５６には、排気枝管３と浄化装置４と排気ガス熱交換器１と消音装置５と排気トップ６とが備えられており、内燃機関２内で燃焼させた前記燃焼ガスを排気ガスｇとして排出し、排気枝管３を経由して浄化装置４で浄化し、排気ガス熱交換器１で、この内燃機関２を冷却する冷却水ｓとの熱交換を行なわせ、消音装置５により前記排気ガスｇのドラフト音などの消音を行って、排気トップ６から大気へ前記排気ガスｇを排出している。
【００５３】
ここで、排気ガス熱交換器１の空気入口管２７には、図６に示す様に、空気導管３８の一端が接続されており、この空気導管３８の他端は、らっぱ状に広げて開口されており、ファン３０の風下側の位置で、ファン３０へ向けて開口され、このファン３０が回転することにより、空気導管３８へ空気が送風されるものとなっている。また、空気出口管２８には、消音装置４へ接続される排気管４１が接続されている。この空気出口管２８は、外管である空気出口管２８と内管である排気ガス出口管２１とからなる２重管構造となっており、空気導管３８を流通し、空気入口管２７から流入した空気は、前記内管と前記外管との間から流出し、前記内管内からは、前記排気ガスｇが流出するものとなっている。
【００５４】
冷却系５７には、排気ガス熱交換器１と、冷却水ポンプ７と、三方弁８と、ラジエータ９とが冷却水配管で接続されて備えられるとともに、ラジエータ９への送風を行なうラジエータ送風機３７が備えられている。そして、内燃機関２の運転開始時など前記冷却水ｓの温度が低い状態では、前記冷却水ｓは、冷却水ポンプ７と排気ガス熱交換器１と内燃機関２と三方弁８を循環する経路で前記冷却水ｓを循環させ、内燃機関２の暖気運転を行う様になっており、前記冷却水ｓの温度が所定の温度（例えば、７０℃）まで達すると、三方弁８での前記冷却水ｓの流通方向が切り替わり、冷却水ポンプ７と排気ガス熱交換器１と内燃機関２と三方弁８とラジエータ９とを循環する経路で循環させるものとなっている。
【００５５】
そして、放熱器５２には、室内熱交換器４０とこの室内熱交換器４０への送風を行なう室内送風機３９とが備えられており、放熱器５２が設置された空間の冷房、或いは、冷凍冷蔵、または、暖房や、加温などを行なうことが出来るものと成っている。
【００５６】
この冷凍装置５０の運転が開始すると、内燃機関２が運転を開始し、圧縮機３１で前記冷媒の圧縮が開始される。この時、同時にファン３０も回転を始め、このファン３０により送風された空気が、空気導管３８を通じて排気ガス熱交換器１へと送られ、前記空気は、空気入口管２７より導入されて環状空間２６を流通し、空気出口管２８より、排気管４１へと導出される。また、この空気導管３８を通じて環状空間２６を流通する前記空気の送風量は、ファン３０の回転数が内燃機関２の回転に連動して上下するため、同様に、内燃機関２の回転に応じて増減させられるものである。
【００５７】
内燃機関２から排出された排気ガスｇは、この排気ガス熱交換器１で、前記冷却水ｓとの熱交換が行われ、前記排気ガスｇの温度が低下させられ、排気管４１で、上述の環状空間２６を流通した前記空気と混合して希釈され、消音装置５を経由して排気トップ６から大気へと排出されることとなる。そして、排気トップ６からは、上述の前記空気により希釈された前記排気ガスｇが排出されるため、熱源機５１から排出される前記排気ガスｇの臭気を軽減することができる。
【００５８】
この時、空気出口管２８より導出された前記空気は、ファン３０により圧送されているため、排気ガス出口管２１より導出された前記排気ガスｇが、空気出口管２８から環状空間２６へと逆流してしまうことはない。
【００５９】
また、上記説明の排気ガス熱交換器４５を用いて、この冷凍装置５１を説明すると、図８に示す様に、排気ガス熱交換器４５の空気出口管２８へ排気管４１を接続し、排気ガス出口管２１へ排気管４２を接続して、この排気管４２を排気管４１を貫通して、この排気管４１内で開口させることにより、排気ガス熱交換器１を備えた冷凍装置と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、空気導管３８へ送風する送風機を、内燃機関２の駆動軸に取り付けたファン３０で行なうものとして説明した。これであれば、内燃機関２の運転能力に応じて、ファン３０の回転数も上昇下降するため、内燃機関２から排出される排気ガス量に対応した前記空気を排気ガス熱交換器１へ送り、排気管４１を経て大気へと排出される前記排気ガスｇの臭気成分を安定して希釈することができるものとなるが、特にこれに限らず、空気導管３８の前記開口部を冷媒送風機３６の風下側の位置で冷媒送風機３６へ向けたものとし、冷媒送風機３６から冷媒熱交換器３３への送風の一部を排気ガス熱交換器１へ送風させるものとしても、或いは、空気導管３８の開口部へ、別途、送風機を設け、前記送風機を内燃機関２の運転に同期させて送風運転させるものとすることも可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明より、排気ガス熱交換器を、外筒と内筒とからなる２重筒とし、前記内筒内の両端部へ、それぞれ前記冷却水のみが流通する冷却水流通部を設け、前記冷却水流通部の間に内燃機関から排出される排気ガスが流通し、高温となる前記熱交換部を設け、この熱交換部を覆う様に、前記外筒を設けて前記外筒と前記内筒との間に通風路を設けて空気を流通させることにより、作業者が火傷を負う危険性や、漏水の恐れが解消されるため、安全で組立て作業性が良いものとなり、コストも軽減させることができる。
【００６２】
さらに、前記通風路を流通した前記空気を該排気ガス熱交換器から流出する排気ガスへ混合させることにより、前記排気ガスの希釈が行なえ、大気へ排出される前記排気ガスの臭気を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の熱回収システム１００を備えた内燃機関２について示すブロック図である。
【図２】排気ガス熱交換器１の一部を破断して示した外観斜視図である。
【図３】排気ガス熱交換器１の側面図である。
【図４】排気ガス熱交換器１内を流れる排気ガスｇと、冷却水ｓとの流れ方を示した図である。
【図５】排気ガス熱交換器１とは異なる本願発明の排気ガス熱交換器４５の側面図である。
【図６】排気ガス熱交換器１を備えた冷凍装置のブロック図である。
【図７】排気ガス熱交換器１と、空気導管３８、および、排気管４１との接続を示した図である。
【図８】排気ガス熱交換器４５と、空気導管３８、および、排気管４１、４２との接続を示した図である。
【符号の説明】
１ 排気ガス熱交換器
２ 内燃機関
１０ 外筒
１１ 内筒
１２ 側壁板
１３ 側壁板
１４ａ、１４ｂ 間板
１５ 熱交パイプ
１６ 仕切板
１７ 熱交換部
１８ａ、１８ｂ 冷却水流通部
１９ 仕切板
２０ 排気ガス入口管
２１ 排気ガス出口管
２２ 冷却水入口管
２３ 冷却水出口管
２４ 端板
２６ 環状空間
２７ 空気入口管
２８ 空気出口管
３８ 空気導管
４１ 排気管
４５ 排気ガス熱交換器
５０ 冷凍装置
【発明の属する技術分野】
内燃機関から排出される排気ガスの熱を、該内燃機関を冷却する冷却水に回収させる熱回収システム、および、排気ガス熱交換器、並びに、この排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでのガスエンジンヒートポンプなど、内燃機関の駆動力で圧縮機を駆動する冷凍装置では、圧縮機を駆動する前記内燃機関を備え、この内燃機関から排出される排気ガスの熱を熱回収システムで前記内燃機関の冷却を行う冷却水へと熱回収させて大気へと排出している。この熱回収システムは、主に排気ガス熱交換器により構成されている。
【０００３】
この排気ガス熱交換器は、内筒および外筒から成る２重管構造をし、前記外筒へは、前記内燃機関を冷却する冷却水が、流通するための冷却水入口管と、冷却水出口管とが設けられ、前記内筒へは、前記内燃機関から排出された排気ガスが流通するための排気ガス入口管と、排気ガス出口管とが前記外筒を貫通して設けられている。
【０００４】
前記内筒の延伸方向のそれぞれの両端部には、側板が液密に溶接されて設けられており、前記内筒の内部には、前記排気ガスと前記冷却水との熱交換を行わせる熱交換部が設けられている。この熱交換部には、前記排気ガス入口管より導入された前記排気ガスが、この熱交換部内をジグザグに流通する様、前記内管内へ互い違いに連通口を形成する複数枚の仕切板と、これら仕切板を貫通して前記側板上に開口させた複数本の熱交パイプとが備えられている。
【０００５】
前記外筒の延伸方向のそれぞれの両端部には、側板が液密に溶接されて設けられており、この外筒は、前記内筒全体を覆う様に設けられている。
【０００６】
そして、前記外筒と前記内筒との間には、前記冷却水を流通させる環状空間が形成されており、前記冷却水は、前記冷却水入口管より前記外筒と前記内筒との間に形成された環状空間へ流入して、前記内筒の外周面に接しながら流通するとともに、前記熱交パイプの内周にも接しながら流通して前記冷却水出口管より流出し、前記内燃機関の冷却水路系を循環するものとなっている。
【０００７】
また、前記内燃機関から排出された前記排気ガスは、前記排気ガス入口管より、前記内筒内の前記熱交換部へと侵入し、この熱交換部の外壁となる前記内筒の内周および前記熱交パイプの外周に接しながら、前記連通口に沿って、ジグザグに流通し、前記排気ガス出口管より導出されている。
【０００８】
これにより、前記排気ガスの熱は、前記熱交換部を介して前記冷却水へと回収され、前記排気ガスの温度は低下させられるものとなっている。
【０００９】
さらに、この排気ガス熱交換器を、前記外筒と前記内筒との間へ前記冷却水を流通させる構造とすることにより、この冷凍装置のメンテナンス作業などを行なう作業者が、誤って前記熱交換部に触れてしまう危険を防止していた。（特許文献１参照）
また、前記熱交パイプ内に乱流促進板を設けて前記冷却水を流通させ、前記熱交換部内の前記熱交パイプ外周へルーバや、スリットなどを設けた仕切板を設けて前記排気ガスを流通させて、前記熱交換部での前記排気ガスと、前記冷却水との熱交換効率を向上させて小型化したものもある。（特許文献２参照）
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−４９５３４（第３−４頁、第１図）
【００１１】
【特許文献２】
特開２００１−６５３３９（第４頁、第７図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記排気ガス熱交換器の前記胴部は、上述の様に、外筒および内筒からなる２重構造となっており、前記外筒と前記内筒とで形成される前記環状空間には、前記内燃機関を冷却する前記冷却水を流通させていることから、前記外筒からその外部への前記冷却水の漏洩、および、前記内筒内の前記熱交換部への前記冷却水の漏洩を防ぐ必要があるため、前記環状空間の前記内筒側および前記外筒側のそれぞれを液密構造としなければならず、このため、十分な溶接などを行なって組立てる必要があった。
【００１３】
さらに、前記内筒は、５００℃から６００℃程度となる前記排気ガスと、８０℃前後となる前記冷却水とに接するため、この排気ガス熱交換器の前記内筒および前記外筒の組立て作業においては、高度な溶接技術が要求されるものとなっていた。
【００１４】
このため、前記排気ガス熱交換器の組立てについては、非常に難しく手間がかかり、コストもかかるものとなっていた。
【００１５】
また、これまでの排気ガス熱交換器では、前記排気ガスの熱は、上記説明の様に前記冷却水へと回収できるものの、前記排気ガスに含まれる臭気成分は、そのまま大気へと排出されてしまっていた。
【００１６】
このことより、本願発明の目的は、安全、かつ、安価で組立て作業性が良く、さらに環境問題に配慮された熱回収システム、および、排ガス熱交換器、並びに、この排ガス熱交換器を備えた冷凍装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、負荷を駆動する内燃機関と、この内燃機関から排出される排気ガスと該内燃機関を冷却する冷却水との間で熱交換して前記排気ガスの熱を回収する排気ガス熱交換器とを備えた熱回収システムにおいて、前記排気ガス熱交換器が外筒および内筒からなる２重管構造を備え、前記内筒内に前記排気ガスと前記冷却水との熱交換部を備え、前記内筒と前記外筒との間へ通風路を設けて、この通風路へ前記内燃機関の回転に連動して駆動される送風機により送風された空気を通風させたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、内筒の外周上へ、間隔を有して外筒を備える２重筒の胴部を備え、前記内筒内へ内燃機関から排出される排気ガスと前記内燃機関を冷却する冷却水との熱交換を行わせる熱交換部を収納して、前記排気ガスの温度を低下させる排気ガス熱交換器において、前記熱交換部を収納した前記内筒内の両端部へ、それぞれ前記冷却水のみを流通させる冷却水流通部を設け、前記外筒と前記内筒との間に通風路を設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のものにおいて、前記外筒は、空気を導入する空気入口管と前記空気を導出する空気出口管とを備えるとともに、少なくとも前記熱交換部を収納した前記内筒の外周上を覆うものとして設け、前記外筒の両端部は、前記冷却水流通部を収納した前記内筒の外周上へそれぞれ固定したことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のものにおいて、前記空気入口管を、前記外筒の外周面に接し、前記外筒の延伸方向と直交する接線方向へ延びる管として前記外筒の一端部付近へ設け、前記空気出口管を、前記外筒の外周面に直立する管として前記外筒の他端部付近へ設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載のものにおいて、前記空気出口管は、外管および内管からなる２重管とし、前記外管の開口部に対し、前記内管の開口部を突出させて設け、前記内管を前記熱交換部より延びるものとして前記内管内から前記排気ガスを導出させ、前記内管と前記外管との間から前記通風路を流通した前記空気を導出させたことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載のものにおいて、前記空気出口管は、前記外筒を貫通し、前記熱交換部から延び、前記熱交換部で熱交換された前記排気ガスが排出される排気ガス出口管と隣接して設けたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、内燃機関で圧縮機を駆動し、冷媒を循環させて冷房や冷凍などを行なうとともに、前記内燃機関から排出される排気ガスを、外筒および内筒の２重筒の胴部を有し、前記内筒内に備えられた熱交換部で、前記内燃機関を冷却する冷却水と熱交換させ、前記排気ガスの温度を低下させて大気へ排出する排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置において、前記排気ガス熱交換器を、前記熱交換部が収納された前記内筒内の両端部へ、それぞれ前記冷却水のみを流通させる冷却水流通部を設け、前記外筒と、前記内筒との間に通風路を設けた構成とし、前記外筒へ空気入口管と、空気出口管とを設け、前記空気入口管から導入された空気を、前記空気出口管より該排気ガス熱交換器の後段に接続される排気管へ混入させて前記排気ガスを希釈し、前記大気へと排出させたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のものにおいて、前記通風路を流通する前記空気を、前記内燃機関で駆動される送風機、或いは、前記内燃機関以外の駆動力で駆動される送風機の少なくともいずれかの送風機により、前記空気入口管より導入されるものとしたことを特徴とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本願発明による排気ガス熱交換器１を備えた内燃機関２の熱回収システム１００について示したブロック図である。
【００２７】
この熱回収システム１００は、内燃機関２と、この内燃機関２から排出される排気ガスｇと、内燃機関２を冷却する冷却水ｓとの熱交換を行なわせ、前記排気ガスｇからの熱回収を行なわせる排気ガス熱交換器１とから構成されている。
【００２８】
内燃機関２から排出された排気ガスｇは、排気枝管３を経由して浄化装置４へと流入し、前記排気ガスｇに含まれる有害物質の浄化が行われ、本願発明による熱回収システム１００で、前記排気ガスｇの熱が回収され、大気へと排出されていた。
【００２９】
内燃機関２から排出された排気ガスｇは、図１の実線矢印に示す様に、排気枝管３を経由して浄化装置４へと流入し、前記排気ガスｇに含まれる有害物質の浄化が行われ、排気ガス熱交換器１で、内燃機関２を冷却する冷却水ｓとの熱交換が行なわれて、前記排気ガスｇの温度が低下させられるものとなっている。
【００３０】
そして、消音器５で、排気のドラフト音などの消音が行われ、排気トップ６より、大気へと排出されている。
【００３１】
また、前記冷却水ｓは、冷却水ポンプ７と、三方弁８と、放熱器９とを接続して構成される冷却水路Ｒを循環するものとなっている。
【００３２】
この排気ガス熱交換器１は、例えば、円柱形状をしており、図２、および、図３に示す様に、主に、外筒１０と、内筒１１と、冷却水入口管２２を備えた側壁板１２と、冷却水出口管２３を備えた側壁板１３とにより構成されており、側壁板１２、１３は、内筒１１の延伸方向の両端部へ、漏水が無い様、それぞれ溶接されて固定されている。
【００３３】
内筒１１内の両端部付近には、それぞれ間板１４ａと、１４ｂとが液密に設けられ、これら間板１４ａと、１４ｂとの間には、熱交パイプ１５と、仕切板１６とを備えた熱交換部１７が設けられている。また、側壁板１２と、間板１４ａとの間、および、側壁板１３と、間板１４ｂとの間には、それぞれ冷却水流通部１８ａ、１８ｂが設けられている。
【００３４】
仕切板１６は、熱交換部１７内を分割するためのものでは無く、前記排気ガスｇから前記冷却水ｓへの熱交換効率を向上させるため、この熱交換部１７内での前記排気ガスｇの流路を長くする様設けられているもので、仕切板１６と、内筒１１との内壁には、互い違いに排気ガスｇの流通口１９が形成されている。
【００３５】
そして、この熱交換部１７には、その両端に配置された冷却水流通部１８ａ、１８ｂを連通させる様、複数本の熱交パイプ１５が、仕切板１６、および、間板１４ａ、１４ｂを貫通して液密に設けられおり、外筒１０を貫通して、熱交換部１７から延びる排気ガス入口管２０が、この熱交換部１７の冷却水流通部１８ｂ寄りの内筒１１上へ、排気ガス出口管２１が、冷却水流通部１８ａ寄りの内筒１１上へ、それぞれ設けられている。さらに、排気ガス出口管２１付近の熱交換部１７内の最底部には、ドレン排水管２５が、外筒１０を貫通して設けられており、熱交換部１７内で結露した前記排気ガスｇ中に含まれる水分をドレン水として排水できるものとなっている。
【００３６】
内筒１１の外周には、熱交換部１７上を覆い、その両端が、冷却水流通部１８ａおよび１８ｂまで達する外筒１０が設けられており、この外筒１０の両端部は、それぞれ端板２４で、内筒１１の冷却水流通部１８ａ、１８ｂが収納された外周上の位置へ固定され、外筒１０の内周と内筒１１の外周との間には、環状空間２６（通風路）が形成されている。
【００３７】
そして、この外筒１０には、空気入口管２７と、空気出口管２８とが設けられ、環状空間２６は、空気入口管２７から流入した空気ａが、空気出口管２８へ流出するための通風路となっている。空気入口管２７は、外筒１０上の冷却水流通部１８ｂ寄りの端部付近で、この外筒１０の延伸方向と直交し、外筒１０の外周に接する線方向へ向けて設けられており、図３の実線矢印で示す様に、空気入口管２７から流入した前記空気aは、環状空間２６内を前記内筒１１の外周に沿って旋回しながら空気出口管２８へと向かい、内筒１１の外周表面を均等に空冷できるものとなっている。
【００３８】
空気出口管２８は、外筒１０上の冷却水流通部１８ａよりの端部付近で、この外筒１０の外周面へ直立して設けられており、その内部に上記排気ガス出口管２１を備えた２重管構造となっている。この排気ガス出口管２１の開口部は、空気出口管２８の開口部より突出して設けられ、この後段となる消音器５へは、この空気出口管２８が接続されるものとなっている。これにより、空気出口管２８から導出される前記空気ａはもちろんのこと、この空気出口管２８内に設けられた排気ガス出口管２１より導出される前記排気ガスｇも同様に、前記空気ａと混合され、消音器５を経由して前記大気へと排出される。また、排気ガス出口管２１と、空気出口管２８とを２重管とし、排気ガス出口管２１の開口部を空気出口管２８の開口部より突出させて設けている理由は、この空気出口管２８から導出される前記空気ａにより、空気出口管２８内に設けられた排気ガス出口管２１からの前記排気ガスｇの導出が促され易くするためでもある。
【００３９】
そして、内燃機関２が運転し、排気ガスｇが排出されると、前記排気ガスｇは、図４の破線矢印で示す様に、排気ガス入口管２１から熱交換部１７内へ流入し、この熱交換部１７内を仕切板１６によりジグザグに流通して、排気ガス出口管２１より排出されるものとなっている。これに対し、前記冷却水ｓは、図４の実線矢印で示す様に、冷却水入口管２２より冷却水流通部１８ａへと流入し、前記排気ガスｇの流通方向と対向する方向へと熱交パイプ１５内を流通して冷却水流通部１８ｂを経由し、冷却水出口管２３より流出するものとなっている。
【００４０】
これは、前記冷却水ｓの温度に対し、前記排気ガスｇの温度が高温であるため、この熱交換部１７内を流通することにより、一方の前記冷却水ｓの温度は、前記排気ガスｇからの熱回収を行ない上昇し、他方の前記排気ガスｇの温度は、前記冷却水ｓへの熱供給を行なって低下する訳であるが、例えば、前記排気ガスｇの流通方向と前記冷却水ｓの流通方向とを同じ方向とした場合、熱交換部１７の入口付近では、前記排気ガスｇと前記冷却水ｓとの温度差に大差があり、前記排気ガスｇから前記冷却水ｓへの熱回収が十分に行なえるものの、熱交換部１７の出口付近では、上述の様に、前記排気ガスｇの温度は低下し、前記冷却水ｓの温度は上昇してしまうことから、双方の温度差が小さくなり、十分な熱回収が行なえない様になり、熱交換部１７内での熱交換効率に不均衡が生じてしまうこととなる。また、熱交換部１７の入口付近では、前記排気ガスｇと、前記冷却水ｓとの温度差が大きいことから、それだけ熱影響を受けることになり、十分な強度を備えた構造とする必要がでてくる。
【００４１】
このため、前記排気ガスｇと前記冷却水ｓとの流通方向を、対向する方向として流通させ、熱交換部１７内を流通する前記排気ガスｇと前記冷却水ｓとの温度差が、ある程度保たれる様にすることにより、熱交換部１７全体での熱交換効率が改善されるとともに、前記排気ガスｇと前記冷却水ｓとの温度差を、なるべく小さい状態として熱交換を行なわせることができるため、熱交換部１７で受ける上記熱影響を最小限とすることができる。
【００４２】
また、外筒１０は、環状空間２６を有して熱交換部１７を覆い、内筒１１の冷却水流通部１８ａ、１８ｂが収納された外周上の位置へ固定されているため、熱交換部１７内を前記排気ガスｇが流通し、熱交換部１７が高温となっても、環状空間２６により外筒１０へは伝達されず、この外筒１０の温度は、冷却水流通部１８ａ、１８ｂから熱伝達される温度上昇に留まり、メンテナンスなどを行なう作業者が、熱交換部１７が内蔵された内筒１１へ直接触れてしまう危険を回避するとともに、外筒１０へ触れてしまっても、前記作業者が火傷などを負ってしまう様な危険性を回避することができる。
【００４３】
さらに、端板２４の内筒１１への組み付け、および、外筒１０の端板２４への組み付けは、上述の様に、外筒１０と内筒１１との間に形成される環状空間２６へ、前記空気ａを流通させているため、漏水の恐れが無いことから、スポット溶接や、ビス止めなど簡易的な組立て作業で済ませることができ、組立て作業性も容易となるためコストも軽減させることができる。
【００４４】
この様な、安全、かつ、安価で、組立て作業性の良い排気ガス熱交換器としては、図５に示す様に、上記説明した排気ガス熱交換器１の排気ガス出口管２１と、空気出口管２８とを隣接させて、それぞれ別途に設けたものとすることも可能である。但し、この排気ガス熱交換器４５の場合、排気ガス出口管２１から導出される前記排気ガスｇと、空気出口管２８から導出される前記空気ａとを、この排気ガス熱交換器４５の後段に接続される排気管上で混合させる様にすれば、上記説明の排気ガス熱交換器１と同様、排気ガス出口管２１からの前記排気ガスｇの導出を促すものとすることもできる。
【００４５】
次に、この排気ガス熱交換器１を備えた冷凍装置について説明する。
【００４６】
図６は、上記排気ガス熱交換器１を備えた冷凍装置５０について示したブロック図である。
【００４７】
冷凍装置５０は、例えば、熱源機５１と放熱器５２とを冷媒配管で接続して構成されており、熱源機５１には、燃料系５３と給気系５４と冷媒系５５と排気系５６と冷却系５７とが内蔵されている。
【００４８】
燃料系５３には、図示しない燃料遮断弁とゼロガバナとが備えられており、内燃機関２の運転能力に応じて、安定した燃料の供給を行なわせるとともに、内燃機関２の停止時、或いは、運転中の異常発生時には、内燃機関２へ供給する前記燃料を遮断できるものとしている。
【００４９】
給気系５４には、吸入した大気をろ過する図示しないろ過装置と前記燃料とを混合させ、混合ガスを生成する混合装置とが備えられており、内燃機関２の運転能力に応じた前記混合ガスの供給が行なえるものとなっている。
【００５０】
冷媒系５５には、圧縮機３１と四方弁３２と室外熱交換器３３と減圧弁３４とアキュームレータ３５とが冷媒配管で接続されて備えられるとともに、室外熱交換器３３への送風を行なう冷媒送風機３６が備えられている。四方弁３２は、後述する放熱器５２の運転状態により圧縮機３１で圧縮された冷媒の循環方向を反転するものとなっており、例えば、放熱器５２が冷房、或いは、冷凍冷蔵を行なうものであれば、圧縮機３１で圧縮された冷媒は、四方弁３２を経由して室外熱交換器３３で、冷媒送風機３６からの送風を受けて大気への放熱を行ない、減圧弁３４で減圧され、放熱器５２を流通して、再度、四方弁３２を経由し、アキュームレータ３５へと戻る順路で循環する。また、例えば、放熱器５２が暖房、或いは、加温を行なうものであれば、圧縮機３１で圧縮された前記冷媒は、四方弁３２を経由して放熱器５２を流通し、減圧弁３４を経由して室外熱交換器３３で、冷媒送風機３６からの送風を受けて大気からの吸熱を行ない、再度、四方弁３２を経由し、アキュームレータ３５へと戻る順路で循環する。
【００５１】
この圧縮機３１は、内燃機関２の駆動力により駆動される圧縮機で、該内燃機関２の駆動軸の一端に接続されており、この駆動軸の他端には、ファン３０が取り付けられている。
【００５２】
排気系５６には、排気枝管３と浄化装置４と排気ガス熱交換器１と消音装置５と排気トップ６とが備えられており、内燃機関２内で燃焼させた前記燃焼ガスを排気ガスｇとして排出し、排気枝管３を経由して浄化装置４で浄化し、排気ガス熱交換器１で、この内燃機関２を冷却する冷却水ｓとの熱交換を行なわせ、消音装置５により前記排気ガスｇのドラフト音などの消音を行って、排気トップ６から大気へ前記排気ガスｇを排出している。
【００５３】
ここで、排気ガス熱交換器１の空気入口管２７には、図６に示す様に、空気導管３８の一端が接続されており、この空気導管３８の他端は、らっぱ状に広げて開口されており、ファン３０の風下側の位置で、ファン３０へ向けて開口され、このファン３０が回転することにより、空気導管３８へ空気が送風されるものとなっている。また、空気出口管２８には、消音装置４へ接続される排気管４１が接続されている。この空気出口管２８は、外管である空気出口管２８と内管である排気ガス出口管２１とからなる２重管構造となっており、空気導管３８を流通し、空気入口管２７から流入した空気は、前記内管と前記外管との間から流出し、前記内管内からは、前記排気ガスｇが流出するものとなっている。
【００５４】
冷却系５７には、排気ガス熱交換器１と、冷却水ポンプ７と、三方弁８と、ラジエータ９とが冷却水配管で接続されて備えられるとともに、ラジエータ９への送風を行なうラジエータ送風機３７が備えられている。そして、内燃機関２の運転開始時など前記冷却水ｓの温度が低い状態では、前記冷却水ｓは、冷却水ポンプ７と排気ガス熱交換器１と内燃機関２と三方弁８を循環する経路で前記冷却水ｓを循環させ、内燃機関２の暖気運転を行う様になっており、前記冷却水ｓの温度が所定の温度（例えば、７０℃）まで達すると、三方弁８での前記冷却水ｓの流通方向が切り替わり、冷却水ポンプ７と排気ガス熱交換器１と内燃機関２と三方弁８とラジエータ９とを循環する経路で循環させるものとなっている。
【００５５】
そして、放熱器５２には、室内熱交換器４０とこの室内熱交換器４０への送風を行なう室内送風機３９とが備えられており、放熱器５２が設置された空間の冷房、或いは、冷凍冷蔵、または、暖房や、加温などを行なうことが出来るものと成っている。
【００５６】
この冷凍装置５０の運転が開始すると、内燃機関２が運転を開始し、圧縮機３１で前記冷媒の圧縮が開始される。この時、同時にファン３０も回転を始め、このファン３０により送風された空気が、空気導管３８を通じて排気ガス熱交換器１へと送られ、前記空気は、空気入口管２７より導入されて環状空間２６を流通し、空気出口管２８より、排気管４１へと導出される。また、この空気導管３８を通じて環状空間２６を流通する前記空気の送風量は、ファン３０の回転数が内燃機関２の回転に連動して上下するため、同様に、内燃機関２の回転に応じて増減させられるものである。
【００５７】
内燃機関２から排出された排気ガスｇは、この排気ガス熱交換器１で、前記冷却水ｓとの熱交換が行われ、前記排気ガスｇの温度が低下させられ、排気管４１で、上述の環状空間２６を流通した前記空気と混合して希釈され、消音装置５を経由して排気トップ６から大気へと排出されることとなる。そして、排気トップ６からは、上述の前記空気により希釈された前記排気ガスｇが排出されるため、熱源機５１から排出される前記排気ガスｇの臭気を軽減することができる。
【００５８】
この時、空気出口管２８より導出された前記空気は、ファン３０により圧送されているため、排気ガス出口管２１より導出された前記排気ガスｇが、空気出口管２８から環状空間２６へと逆流してしまうことはない。
【００５９】
また、上記説明の排気ガス熱交換器４５を用いて、この冷凍装置５１を説明すると、図８に示す様に、排気ガス熱交換器４５の空気出口管２８へ排気管４１を接続し、排気ガス出口管２１へ排気管４２を接続して、この排気管４２を排気管４１を貫通して、この排気管４１内で開口させることにより、排気ガス熱交換器１を備えた冷凍装置と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、空気導管３８へ送風する送風機を、内燃機関２の駆動軸に取り付けたファン３０で行なうものとして説明した。これであれば、内燃機関２の運転能力に応じて、ファン３０の回転数も上昇下降するため、内燃機関２から排出される排気ガス量に対応した前記空気を排気ガス熱交換器１へ送り、排気管４１を経て大気へと排出される前記排気ガスｇの臭気成分を安定して希釈することができるものとなるが、特にこれに限らず、空気導管３８の前記開口部を冷媒送風機３６の風下側の位置で冷媒送風機３６へ向けたものとし、冷媒送風機３６から冷媒熱交換器３３への送風の一部を排気ガス熱交換器１へ送風させるものとしても、或いは、空気導管３８の開口部へ、別途、送風機を設け、前記送風機を内燃機関２の運転に同期させて送風運転させるものとすることも可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明より、排気ガス熱交換器を、外筒と内筒とからなる２重筒とし、前記内筒内の両端部へ、それぞれ前記冷却水のみが流通する冷却水流通部を設け、前記冷却水流通部の間に内燃機関から排出される排気ガスが流通し、高温となる前記熱交換部を設け、この熱交換部を覆う様に、前記外筒を設けて前記外筒と前記内筒との間に通風路を設けて空気を流通させることにより、作業者が火傷を負う危険性や、漏水の恐れが解消されるため、安全で組立て作業性が良いものとなり、コストも軽減させることができる。
【００６２】
さらに、前記通風路を流通した前記空気を該排気ガス熱交換器から流出する排気ガスへ混合させることにより、前記排気ガスの希釈が行なえ、大気へ排出される前記排気ガスの臭気を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の熱回収システム１００を備えた内燃機関２について示すブロック図である。
【図２】排気ガス熱交換器１の一部を破断して示した外観斜視図である。
【図３】排気ガス熱交換器１の側面図である。
【図４】排気ガス熱交換器１内を流れる排気ガスｇと、冷却水ｓとの流れ方を示した図である。
【図５】排気ガス熱交換器１とは異なる本願発明の排気ガス熱交換器４５の側面図である。
【図６】排気ガス熱交換器１を備えた冷凍装置のブロック図である。
【図７】排気ガス熱交換器１と、空気導管３８、および、排気管４１との接続を示した図である。
【図８】排気ガス熱交換器４５と、空気導管３８、および、排気管４１、４２との接続を示した図である。
【符号の説明】
１ 排気ガス熱交換器
２ 内燃機関
１０ 外筒
１１ 内筒
１２ 側壁板
１３ 側壁板
１４ａ、１４ｂ 間板
１５ 熱交パイプ
１６ 仕切板
１７ 熱交換部
１８ａ、１８ｂ 冷却水流通部
１９ 仕切板
２０ 排気ガス入口管
２１ 排気ガス出口管
２２ 冷却水入口管
２３ 冷却水出口管
２４ 端板
２６ 環状空間
２７ 空気入口管
２８ 空気出口管
３８ 空気導管
４１ 排気管
４５ 排気ガス熱交換器
５０ 冷凍装置
Claims (8)
- 負荷を駆動する内燃機関と、この内燃機関から排出される排気ガスと該内燃機関を冷却する冷却水との間で熱交換して前記排気ガスの熱を回収する排気ガス熱交換器とを備えた熱回収システムにおいて、
前記排気ガス熱交換器が外筒および内筒からなる２重管構造を備え、前記内筒内に前記排気ガスと前記冷却水との熱交換部を備え、前記内筒と前記外筒との間へ通風路を設けて、この通風路へ前記内燃機関の回転に連動して駆動される送風機により送風された空気を通風させたことを特徴とする熱回収システム。 - 内筒の外周上へ、間隔を有して外筒を備える２重筒の胴部を備え、前記内筒内へ内燃機関から排出される排気ガスと前記内燃機関を冷却する冷却水との熱交換を行わせる熱交換部を収納して、前記排気ガスの温度を低下させる排気ガス熱交換器において、
前記熱交換部を収納した前記内筒内の両端部へ、それぞれ前記冷却水のみを流通させる冷却水流通部を設け、前記外筒と前記内筒との間に通風路を設けたことを特徴とする排気ガス熱交換器。 - 前記外筒は、空気を導入する空気入口管と前記空気を導出する空気出口管とを備えるとともに、少なくとも前記熱交換部を収納した前記内筒の外周上を覆うものとして設け、前記外筒の両端部は、前記冷却水流通部を収納した前記内筒の外周上へそれぞれ固定したことを特徴とする請求項２に記載の排気ガス熱交換器。
- 前記空気入口管を、前記外筒の外周面に接し、前記外筒の延伸方向と直交する接線方向へ延びる管として前記外筒の一端部付近へ設け、前記空気出口管を、前記外筒の外周面に直立する管として前記外筒の他端部付近へ設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の排気ガス熱交換器。
- 前記空気出口管は、外管および内管からなる２重管とし、前記外管の開口部に対し、前記内管の開口部を突出させて設け、前記内管を前記熱交換部より延びるものとして前記内管内から前記排気ガスを導出させ、前記内管と前記外管との間から前記通風路を流通した前記空気を導出させたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の排気ガス熱交換器。
- 前記空気出口管は、前記外筒を貫通し、前記熱交換部から延び、前記熱交換部で熱交換された前記排気ガスが排出される排気ガス出口管と隣接して設けたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の排気ガス熱交換器。
- 内燃機関で圧縮機を駆動し、冷媒を循環させて冷房や冷凍などを行なうとともに、前記内燃機関から排出される排気ガスを、外筒および内筒の２重筒の胴部を有し、前記内筒内に備えられた熱交換部で、前記内燃機関を冷却する冷却水と熱交換させ、前記排気ガスの温度を低下させて大気へ排出する排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置において、
前記排気ガス熱交換器を、前記熱交換部が収納された前記内筒内の両端部へ、それぞれ前記冷却水のみを流通させる冷却水流通部を設け、前記外筒と、前記内筒との間に通風路を設けた構成とし、前記外筒へ空気入口管と、空気出口管とを設け、前記空気入口管から導入された空気を、前記空気出口管より該排気ガス熱交換器の後段に接続される排気管へ混入させて前記排気ガスを希釈し、前記大気へと排出させたことを特徴とする排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置。 - 前記通風路を流通する前記空気を、前記内燃機関で駆動される送風機、或いは、前記内燃機関以外の駆動力で駆動される送風機の少なくともいずれかの送風機により、前記空気入口管より導入されるものとしたことを特徴とする請求項７に記載の排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002362005A JP2004190997A (ja) | 2002-12-13 | 2002-12-13 | 熱回収システム、および、排気ガス熱交換器、並びに、この排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002362005A JP2004190997A (ja) | 2002-12-13 | 2002-12-13 | 熱回収システム、および、排気ガス熱交換器、並びに、この排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004190997A true JP2004190997A (ja) | 2004-07-08 |
Family
ID=32760576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002362005A Pending JP2004190997A (ja) | 2002-12-13 | 2002-12-13 | 熱回収システム、および、排気ガス熱交換器、並びに、この排気ガス熱交換器を備えた冷凍装置 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2004190997A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101153860B1 (ko) * | 2012-01-04 | 2012-06-18 | 김진국 | 압축기용 열교환장치 |
| CN107062568A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-08-18 | 华北理工大学 | 一种全热交换芯体及应用该全热交换芯体的全热交换器 |
-
2002
- 2002-12-13 JP JP2002362005A patent/JP2004190997A/ja active Pending
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