JP2005180360A - コージェネレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 廃熱を有効利用するとともに、部品点数を削減によって小型化及び組み付け作業の容易化を図ることができるコージェネレーション装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関１と、この内燃機関１に燃料ガスを供給するための吸気経路９と、前記内燃機関１から排ガスを排気マフラ６を介して排出するための排気経路１０と、前記内燃機関１から生じるブローバイガスに含まれるオイルを分離し、この分離したオイルを前記内燃機関１に戻すとともに、オイルが除かれたブローバイガスを前記吸気経路９に戻すオイルセパレータ１５とを備えたコージェネレーション装置１００において、前記オイルセパレータ１５は、このオイルセパレータの本体の少なくとも一部を前記排気マフラ６に組み込んで構成され、前記排気マフラ６を通過する排ガスの熱によって前記本体を加熱することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関に生じるブローバイガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータを備えるコージェネレーション装置に関する。

内燃機関と、この内燃機関に燃料ガスを供給するための吸気経路と、前記内燃機関から排ガスを排出するための排気経路とを備え、前記内燃機関の駆動力を利用して発電を行うとともに、この内燃機関の廃熱を回収して温水を供給するコージェネレーション装置が知られている（特許文献１参照）。

この種のコージェネレーション装置では、一般に、内燃機関を長時間運転すると、ピストンの周りから内燃機関のクランクケースへとブローバイガスが流出するため、このブローバイガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータを設け、分離したオイルを前記内燃機関に戻すとともに、オイルが除かれたブローバイガスを前記吸気経路に戻して利用している。この場合、ブローバイガスには水分が多く含まれているため、ブローバイガスがオイルセパレータに流れ込むとオイルセパレータ内部で結露し、この結露水が分離されたオイルと混合してマヨネーズスラッジを生じる。そのため、従来、オイルセパレータは内燃機関の冷却水を流すことによって加熱され、オイルセパレータの内部での結露及びマヨネーズスラッジの発生を防止していた。
特開２００３−２５４１６０号公報

しかし、オイルセパレータに冷却水を流すためには、このオイルセパレータを水ジャケット構造に加工したり、このオイルセパレータに冷却水配管を接続する必要があり、このような構成は、部品点数の削減、組み付け作業の容易化及び当該コージェネレーション装置の小型化という観点からは改善の余地があった。また、内燃機関の排気経路上には排気マフラが設けられるが、この排気マフラ及び上記オイルセパレータは、その内部を流れる流体が異なるため別個に設けられており、部品点数の削減及び小型化に寄与することはなかった。更に、排気マフラを通過した排ガスは、そのまま大気中に放出されるため、排ガスの熱は有効に利用されていなかった。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、廃熱を有効利用するとともに、部品点数の削減によって小型化及び組み付け作業の容易化を図ることができるコージェネレーション装置を提供することにある。

本発明は、内燃機関と、この内燃機関に燃料ガスを供給するための吸気経路と、前記内燃機関から排ガスを排気マフラを介して排出するための排気経路と、前記内燃機関から生じるブローバイガスに含まれるオイルを分離し、この分離したオイルを前記内燃機関に戻すとともに、オイルが除かれたブローバイガスを前記吸気経路に戻すオイルセパレータとを備えたコージェネレーション装置において、前記オイルセパレータは、このオイルセパレータの本体の少なくとも一部を前記排気マフラに組み込んで構成され、この排気マフラを通過する排ガスの熱によって前記本体を加熱することを特徴とする。

この場合、前記排気マフラは筒状であり、一端に排ガス入口管及び排ガス出口管が接続されており、他端に前記オイルセパレータの本体が挿入された構成としても良い。

更に、前記オイルセパレータは、このオイルセパレータの本体にブローバイガスを導くブローバイガス入口管を備え、このブローバイガス入口管は、前記排気マフラの内部を通過して、前記オイルセパレータの本体に連通する構成としても良い。

本発明によれば、オイルセパレータは、このオイルセパレータの本体の少なくとも一部を排気マフラに組み込んで構成され、この排気マフラを通過する排ガスによって加熱されるため、廃熱を有効利用できるとともに、部品点数を削減してコージェネレーション装置の小型化、組み付け作業の容易化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態にかかるコージェネレーション装置１００の系統図を示したものである。図１において、符号１はガスエンジン（内燃機関）を示す。このガスエンジン１には、その吸気側に混合器２が接続され、この混合器２には燃料ガスを供給するための燃料供給装置３及び燃焼用空気中の塵埃を除去するためのエアフィルタ４が並列に接続されている。これらの燃料供給装置３及びエアフィルタ４を通過した燃料ガス及び燃焼用空気は、混合器２において混合され、この混合気がガスエンジン１にて燃焼される。これらの混合器２、燃料供給装置３及びエアフィルタ４が吸気経路９を構成する。

また、ガスエンジン１の排気側には排ガス熱交換器５が接続され、この排ガス熱交換器５には、排ガス入口管３１を介して排気マフラ６が接続され、更に、この排気マフラ６には、排ガス出口管３２を介して排気トップ７が接続されており、これらの機器が排気経路１０を構成する。ガスエンジン１から排出される排ガスは、排ガス熱交換器５にて、後述するガスエンジン１の冷却水と熱交換し、排気マフラ６にて消音された後、排気トップ７を通じて大気中に排出される。

ガスエンジン１を運転した場合、このガスエンジン１の駆動力を用いて発電機１１を動作させて発電を行い、配電装置１２へと送電する。配電装置１２は、これを受電して、商用電源周波数（例えば５０Ｈ_Ｚまたは６０Ｈ_Ｚ）に変換するとともに、商用電源周波数の位相に同調させて、屋内に設けた配電盤１３へと送り、配電盤１３から各負荷へ電力が供給される。

また、ガスエンジン１には、このガスエンジン１を冷却する冷却水が流れ、この冷却水は、上記排ガス熱交換器５、熱回収熱交換器２２、ワックス式切替弁２３、放熱器２４、冷却水ポンプ２５を経て、ガスエンジン１に戻される。この場合、これらが冷却水の循環経路（１次側）を形成する。冷却水は、通常、水が用いられるが、エチレングリコール水溶液又はプロピレングリコール水溶液を用いることもできる。また、上記熱回収熱交換器２２には、利用水の循環経路（２次側）が設けられ、利用水は、給湯タンク２７、利用水ポンプ２８を経て、熱回収熱交換器２２へと戻される。給湯タンク２７内の利用水（温水）は送水ポンプ２９を介して、例えば浴槽などに供給されている。

ガスエンジン１を長時間運転した場合、ピストン（不図示）の周りからガスエンジン１のクランクケース（不図示）へとブローバイガスが流出する。このブローバイガスは、燃焼される前のガスであるため、このブローバイガスをガスエンジン１に戻すことにより再利用することができる。そのため、ガスエンジン１には、オイルセパレータ１５が接続され、このオイルセパレータで分離されたブローバイガス及びオイルは、それぞれ吸気経路９及びガスエンジン１に戻され再利用される。

すなわち、ガスエンジン１からブローバイガスが排出される排出口４１には、ブローバイガス入口管３６を介してオイルセパレータ１５が接続され、このオイルセパレータ１５には、当該オイルセパレータ１５によってオイルが分離されたブローバイガスが排出されるブローバイガス出口管３７を介して、エアフィルタ４のガス戻し口４Ａが接続されている。

また、上記オイルセパレータ１５には、このオイルセパレータ１５によって分離されたオイルが排出されるオイル出口管３８を介して、ガスエンジン１のオイル戻し口４２に接続されている。このように、ガスエンジン１から排出されたブローバイガスは、オイルセパレータ１５によってオイルが分離され、オイルが除去されたブローバイガスを吸気経路９に戻すとともに、オイルをガスエンジン１に戻すことによって、それぞれ再利用している。なお、このオイルセパレータ１５は、排気マフラ６に組み込まれており、この排気マフラ６を通過する排ガスの熱によって加熱されている。

次に、排気マフラ６と、この排気マフラ６に組み込まれたオイルセパレータ１５の具体的な構成を説明する。

排気マフラ６は、図２（Ａ）に示すように、筒状をしており、この排気マフラ６の一端６Ａには排ガス入口管３１及び排ガス出口管３２とが接続されている。これらの排ガス入口管３１及び排ガス出口管３２は、図２（Ｂ）に示すように、排気マフラ６の内部まで挿入されており、排ガス入口管３１から排気マフラ６内に流入した排気ガスは、この排気マフラ６の内部で膨張することによって消音され、排ガス出口管３２を通じて、排気マフラ６の外へ排出される。

一方、排気マフラ６の他端６Ｂには、オイルセパレータ１５が設けられている。このオイルセパレータ１５は、オイルセパレータ本体３５と、このオイルセパレータ本体３５に接続されるブローバイガス入口管３６、ブローバイガス出口管３７及びオイル出口管３８とを備え、上記オイルセパレータ本体３５の少なくとも一部が排気マフラ６の他端６Ｂに挿入されることによって組み込まれている。このオイルセパレータ本体３５の内部には、ブローバイガスからオイル分を捕捉するためのオイルキャッチャ３９が収納されており、このオイルキャッチャ３９は、例えばガラス繊維で作成され、オイルセパレータ本体３５の蓋部４０を開けることによって交換可能となっている。

ブローバイガス入口管３６は、排気マフラ６の内部を通過して、前記オイルセパレータの本体３５に連通するように設けられており、ブローバイガス入口管３６と通過するブローバイガスは、排気マフラ６を通過する排ガスによって加熱される。また、ブローバイガス出口管３７及びオイル出口管３８は、オイルセパレータ本体３５の蓋部４０の略中心に対象な位置で、筐体内にオイルセパレータ１５を配置した場合に、オイル出口管３８が下方に位置するように設けられ、当該オイルセパレータ１５で分離されたブローバイガスとオイルは、それぞれブローバイガス出口管３７及びオイル出口管３８を通じてオイルセパレータ本体３５から排出される。

次に、オイルセパレータ１４の動作について説明する。

ピストンとシリンダ（共に不図示）の隙間を通じてガスエンジン１のクランクケース（不図示）に流入したブローバイガスは、上記ガスエンジン１に設けられた排出口４１を通じてブローバイガス入口管３６に導かれ、オイルセパレータ１５に流入する。このオイルセパレータ１５に流入したブローバイガスは、オイルセパレータ本体３５に収納されているオイルキャッチャ３９を通過する際に、当該ブローバイガスに含まれているオイルミストが捕捉され、このオイルミストが除去されたブローバイガスは、ブローバイガス出口管３７を通じてオイルセパレータ１５から排出される。このオイルセパレータ１５から排出されたブローバイガスは、ガス戻り口４Ａを通じてエアフィルタ４に流入し、燃焼用空気及び燃料ガスとともにガスエンジン１に供給され、再び燃料ガスとして利用される。

一方、上記オイルキャッチャ３９にて捕捉されたオイルミストは、オイルセパレータ本体３５内に溜められ液体状のオイルとなる。このオイルは、オイル出口管３８を通じてオイルセパレータ１５から排出される。このオイルセパレータ１５から排出されたオイルは、オイル戻し口４３を通じて、ガスエンジン１のオイルパン（不図示）に戻され、再びガスエンジン１の潤滑油として利用される。

本実施形態によれば、オイルセパレータ本体３５の一部を排気マフラ６に組み込み、排気マフラ６を通過する排ガスの熱によって、オイルセパレータ本体３５を加熱する構成としているため、オイルセパレータ１５内でブローバイガスに含まれる水分が結露することはなく、この結露水とオイルが混合することによって、いわゆるマヨネーズスラッジの形成が防止される。更に、従来のように、オイルセパレータにガスエンジン１の冷却水を流通させる加工が不要となるとともに、オイルセパレータ１５と排気マフラ６とを組み合わせることで部品点数を削減し、省スペース化を実現することにより、コージェネレーション装置１００の小型化及び組み付け作業の容易化を図ることができる。

また、このオイルセパレータ１５は、ガスエンジン１から排出される排ガスの熱によって加熱されるため、廃熱を有効利用できる。

また、排気マフラ６の一端６Ａに排ガス入口管３１及び排ガス出口管３２が接続されており、他端６Ｂにオイルセパレータの本体３５が挿入されている構成としているため、オイルセパレータ１５と排気マフラ６とを分けて作業することができ、各機器の配管接続作業が容易に行えるとともに、誤って配管接続することが防止される。

また、オイルセパレータ１５は、このオイルセパレータの本体３５にブローバイガスを導くブローバイガス入口配管３６を備え、このブローバイガス入口配管３６は、前記排気マフラ６の内部を通過して、前記オイルセパレータの本体３５に連通する構成としている。従って、このブローバイガス入口管３６を通過するブローバイガスは、排気マフラ６内を通り排ガスによって加熱されるため、ブローバイガス入口管３６内でブローバイガスが結露すること、及び結露水を含んだブローバイガスがオイルセパレータ本体３５に流入することが防止され、ひいてはオイルセパレータ１５内でマヨネーズスラッジの形成が防止される。

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施形態にかかるコージェネレーション装置の系統図を示したものである。 （Ａ）は、排気マフラと、この排気マフラに組み込まれたオイルセパレータを示す斜視図であり、（Ｂ）は、その部分断面を示す図である。

符号の説明

１ ガスエンジン（内燃機関）
４ エアフィルタ
６ 排気マフラ
６Ａ 一端
６Ｂ 他端
９ 吸気経路
１０ 排気経路
１５ オイルセパレータ
３１ 排ガス入口管
３２ 排ガス出口管
３５ オイルセパレータ本体
３６ ブローバイガス入口管
１００ コージェネレーション装置

Claims (3)

1. 内燃機関と、この内燃機関に燃料ガスを供給するための吸気経路と、前記内燃機関から排ガスを排気マフラを介して排出するための排気経路と、前記内燃機関から生じるブローバイガスに含まれるオイルを分離し、この分離したオイルを前記内燃機関に戻すとともに、オイルが除かれたブローバイガスを前記吸気経路に戻すオイルセパレータとを備えたコージェネレーション装置において、
   前記オイルセパレータは、このオイルセパレータの本体の少なくとも一部を前記排気マフラに組み込んで構成され、この排気マフラを通過する排ガスの熱によって前記本体を加熱することを特徴とするコージェネレーション装置。
2. 前記排気マフラは筒状であり、一端に排ガス入口管及び排ガス出口管が接続されており、他端に前記オイルセパレータの本体が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーション装置。
3. 前記オイルセパレータは、このオイルセパレータの本体にブローバイガスを導くブローバイガス入口管を備え、このブローバイガス入口管は、前記排気マフラの内部を通過して、前記オイルセパレータの本体に連通することを特徴とする請求項２に記載のコージェネレーション装置。

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